Alkeny

Alkenyjsou nenasycenéuhlovodíky,které mají mezi atomyuhlíkuv molekule s otevřeným řetězcem jednu dvojnou vazbu C=C. Patří mezialifatické sloučeniny.Názvy alkenů jsou zakončeny na-en,obecný vzorec pro alkeny je C_nH_2n.Dříve se nazývaly takéolefíny.

Struktura alkenů

Uhlíkový skelet (kostra) alkenů může být lineární, bez rozvětvení či se může libovolně větvit, navíc musí obsahovat minimálně jednu dvojnou vazbu mezi atomy uhlíku. Pakliže se jich nachází v molekule více, pak se jedná o alkadieny pro dvě, alkatrieny pro tři apod. Podobně jakoalkanyvytvářejíhomologickou řadu,jejíž každý následující člen má o jednu skupinu CH₂více než jeho předchůdce.

Geometrie molekul alkenů

cis-but-2-en

trans-but-2-en

Na vzniku dvojné vazby se podílí dvojice atomůuhlíku,které se nacházejí vhybridním stavusp².To znamená, že jejichorbitalyvalenční vrstvy(1 orbital s a 2 orbitaly p) dohromady tvoří rovnostranný trojúhelník. Na každý z těchto orbitalů jsou vázány tři substituenty, které se nacházejí s nimi v jedné rovině. Na tuto rovinu je kolmo umístěný zbývající třetí orbital p, v němž se nachází jedenelektron.Tento orbital i se svým elektronem se podílí na vzniku násobnévazbyπ.

Existence dvojné vazby navíc nedovoluje, aby docházelo k libovolné rotaciatomů,došlo by totiž k jejímu přerušení. Myšlená rovina, která prochází vazbou, tedy uděluje substituentům různou polohu. Když se nachází na stejné straně myšlené roviny, jedná se o polohucis.O polohutransse jedná v případě, že se nacházejí na opačných stranách. Příkladem jsou sloučeninycis-2-butenatrans-2-buten.Tyto dvě sloučeniny jsou vzájemnými geometrickými izomery, liší se totiž polohou substituentů, v tomto případě methylových zbytků.

Názvosloví (nomenklatura) alkenů

Názvosloví alkenů je podobně jako názvosloví všech organických sloučenin odvozeno na základě názvosloví alkanů. Kořen názvu tvoří kombinace řeckých a latinských číslovek, které vyjadřují početatomůuhlíkuvmolekuleuhlovodíku, nebo v její základní části. Výjimku tvoří první tři alkeny - ethen, propen a buten.

V případě alkenů se ke kořeni názvu připojuje přípona-en.

Systematické názvosloví alkenů

Systematické názvosloví alkenů se tvoří podobně jako názvoslovíalkanů.Oproti nim se zde navíc objevuje dvojná vazba, která uděluje kořeni názvu příponu -en. Základ je jinak stejný:

1. V molekule se vyhledá nejdelší přímý uhlíkatý řetězec, který má nejvíce násobných vazeb (v tomto případě jednu). Vazba však musí mít co nejmenší číslo (viz níže).
2. Za základ názvu alkenu vezmeme název, kterému odpovídá číslovka, která odpovídá počtu uhlíků v tomto řetězci, a přidáme mu příponu -en, v molekule musí být dvojná vazba.
   • Př. Když je v řetězci 7 atomů uhlíku, jedná se o hepten, když 8 tak o okten apod.
3. Po zvolení základního řetězce se jeho atomy očíslují arabskými čísly (tzv.lokanty), aby tato čísla byla co nejmenší u 1. atomu, na který je vázán s druhým dvojnou vazbou.
4. Když se v řetězci nachází kromě dvojné vazby ještě substituent (např. methyl), má přednost dvojná vazba.
5. Poznámka: Vše je dále stejné jako ualkanů(podobně se to týká i dvojné vazby, akorát se připojuje přípona -en).

CH3CH2CH2CH2CH=CH2 6 5 4 3 2 1 hex-1-en (dříve 1-hexen)

CH3 | CH3CH2CH2CH2C=CH2 6 5 4 3 2 1 2-methylhex-1-en (dříve 2-methyl-1-hexen)

Nesystematické (triviální) názvosloví alkenů

Několik alkenů je možno pojmenovat nesystematickými, tzv. triviálními názvy, které jsou známější a běžnější, jedná se hlavně o některé první členy této homologické řady:

Strukturní vzorec	CH2=CH2	CH3CH=CH2	(CH3)2C=CH2
Systematický název	Ethen	Propen	2-Methylpropen
Triviální název	Ethylen	Propylen	Isobutylen

Vlastnosti alkenů

Fyzikální vlastnosti

Alkeny se se svými fyzikálními vlastnostmi podobajíalkanům.Jejichskupenství(fáze) závisí namolární hmotnosti,jinak též řečeno na počtu atomůuhlíkuv řetězci. Tři nejjednodušší alkeny - ethen, propen a buten - jsou plyny, alkeny s 5 až 16 uhlíky kapaliny a vyšší pevné voskovité látky.

Chemické vlastnosti

Alkeny jsou poměrně stálé sloučeniny. Přítomnost dvojné vazby v jejich molekuly však podstatně zvyšuje jejich reaktivitu oprotialkanům.Charakteristická je pro tyto uhlovodíky tzv.adicecož je reakce, při které dochází k zániku dvojné vazby.

Výskyt a výroba alkenů

Alkeny se v přírodě nevyskytují příliš často, jsou spíše vzácné, proto je důležitá jejích výroba, která spočívá většinou veliminaci,tj. tvorbě dvojné vazby v molekulu alkanů apod. Nejvýznamnější postupy se označují jakodehydratace,dehydrogenaceadehydrohalogenace.

Dehydratace

Dehydrataceje založena na odštěpenímolekulyvodyz molekuly sloučeniny. Příkladem je reakcekyseliny sírovésethanolem.Reakce probíhá ve dvou fázích, meziprodukty jsoukyselina ethylsírová,která se poté rozkládá zateplotyokolo 170 °C, a voda. Produkty jsou pakethena znovu vzniklá kyselina sírová:

C₂H₅OH + H₂SO₄→ C₂H₅OSO₂OH + H₂O

C₂H₅OSO₂OH → H₂C=CH₂+ H₂SO₄

Dehydrogenace

Dehydrogenaceje katalytická reakce, jejíž princip spočívá v odštěpenívodíkuza pomocikatalyzátorů,kterým je nejčastějisměsoxidu chromitéhoaoxidu hlinitého,za teploty od 500 °C do 1000 °C. Příkladem je dehydrogenacebutanu,jejímž produktem je směs but-1-enu a but-2-enu. Když tato reakce probíhá dále, vzniká buta-1,3-dien.

Dehydrohalogenace

Principdehydrohalogenacespočívá v přípravě alkenů z alkylhalogenovýchderivátů uhlovodíkůreakcí se silnýmhydroxidemalkalického kovu.Příkladem je reakce 2-brombutanushydroxidem draselným,produkty jsou2-buten,vodaabromid draselný:

CH₃CH₂CHBrCH₃+ KOH → CH₃CH=CHCH₃+ KBr + H₂O

Reakce alkenů

Adice na alkeny

Jedná se o typickou reakci pro alkeny, při níž zaniká dvojná vazba a vytváří se vazba jednoduchá. Mezi nejvýznamnější patříhalogenace,oxidace,hydrogenace,polymeracea adicevodyakyselin.

U alkenů můžeme očekávat dva druhy adice, a sice adici elektrofilní a adici radikálovou.

Elektrofilní adice (jedna z možností iontové adice) probíhá, pokud je činidlo štěpeno heterolyticky (tzn. je rozděleno na kladně a záporně nabitou část), a její průběh se řídí podle Markovnikovova pravidla. Elektrofilní adice probíhá typicky např. jako adice halogenů za přítomnostiLewisovy kyseliny(látka s prázdným orbitalem, který může použít k vytvoření koordinačně kovalentní vazby, AlCl₃,FeCl₃…). Také pokud adujeme molekulu z atomů s různou elektronegativitou, z nichž jeden atom má parciálně (částečně) kladný a druhý parciálně záporný náboj (třeba HCl), jedná se o elektrofilní adici.

Štěpí-li se činidlo homolyticky (na dvě stejné části,radikály), pak mluvíme o adici radikálové. U nesymetrických molekul probíhá proti Markovnikovovu pravidlu. Typicky ji můžeme očekávat při adici halogenu za přítomnosti UV záření nebo za vysoké teploty.

Adice elektrofilní:

$H_{2}C=CH_{2}+HBr\ {\xrightarrow {AlCl_{3}}}\ H_{3}C-CH_{2}Br$

Adice radikálová:

$H_{2}C=CH_{2}+Br_{2}\ {\xrightarrow {UV}}\ H_{2}CBr-CH_{2}Br$

Rozdíl mezi elektrofilní a radikálovou adicí se projeví v mechanismu reakce a u nesouměrných molekul jsou produkty těchto reakcí různé.

Halogenace

Jakohalogenacioznačujeme adicihalogenuna alken. Takováto reakce může probíhat dvěma způsoby, buď radikálovým nebo iontovým.

Radikálový způsob lze uskutečnit za pomociUV záření,přičemž nejsnadněji reagujefluor,naopakjódtéměř vůbec nereaguje. Tento způsob lze provést i za použití příslušného halogenovodíku, použitelný je však pouzebromovodík,protožejodovodíkpodobně jako jód vůbec nereaguje aflurorovodíkschlorovodíkemse velice obtížně štěpí.

Iontový způsob vyžaduje polarizaci nepolární vazby, která váže atomy halogenů. Reakci proto umožňují tzv.lewisovy kyseliny,jejímž příkladem jsou např. halogenidyhliníku,které se reakcí účastní jakokatalyzátory.Nejbouřlivěji probíhá adicefluoru,naproti tomu adicejoduopět skoro vůbec neprobíhá. Příkladem tohoto způsobu je reakcepropenuachloru,produktem je1,2-dichlorpropan:

H₃C–CH=CH₂+ Cl₂→ H₃C-CHCl-CH₂Cl

Hydrogenace

Hydrogenaceje vlastně adicevodíkuna alken, k uskutečnění této reakce se používajíkatalyzátory,přesněji speciální kovy, např. tzv.Raneyův nikl.Obecně platí, že nejlépe adice probíhá na těch vazbách, které se nacházejí na koncích uhlíkatého řetězce. Příkladem hydrogenace je adice vodíku naethen:

H₂C=H₂C + H₂→H₃C-CH₃

Adice vody

Adice za využitívodyneprobíhá přímo, je to vícefázová reakce. Uskutečňuje se zakatalyckéhopůsobeníkyseliny sírové:

H₂C=CH₂+ H₂SO₄→ C₂H₅OSO₂OH

C₂H₅OSO₂OH + H₂O → C₂H₅OH + H₂SO₄

Konečný produkt reakce, kterým jeethanol,má ve svémolekulemeziatomyuhlíkupouze jednoduché vazby.

Adice kyselin

Tento typ adice probíhá iontovým způsobem. Snadnost a rychlost reakce závisí na síle kyseliny. Typická je adice halogenovodíkových kyselin, tedy fluorovodíkové, chlorovodíkové apod.

Oxidace

Jedná se vlastně o spalování alkenů, čili jejich reakci skyslíkem.Pří spalování s dostatečným přístupem vzduchu dochází ke vznikuoxidu uhličitéhoavody.Nemusí se však přímo jednat o reakci s kyslíkem. Příkladem je oxidaceethenu,při které se používámanganistan draselný.

Polymerace

Související informace naleznete také v článkupolymerizace.

Polymeraceje vytvoření dlouhých makromolekulárních řetězců za rozpadu násobných vazeb.

Substituční reakce

Reakce, do kterých alkeny vstupují, nemusí být adiční, to záleží na podmínkách. Například při reakcích shalogenynemusí dojít k zániku dvojné vazby, ale k připojení příslušného halogenu k atomuuhlíku,tím dojde ke vzniku halogenderivátu uhlovodíku s dvojnou vazbou ve svémolekule.Takováto reakce se označuje jako substituční, konkrétně se jedná o substituci radikálovou. Příkladem je reakceethenuschloremza vznikuvinylchloridu:

H₂C=CH₂+ Cl₂→ H₂C=CHCl + HCl

Izomerní reakce

V průběhuizomerních reakcí,označovaných též jakoizomerace,dochází buď k přestavbě uhlíkatého řetězce nebo ke změně polohy dvojné vazby. Tyto reakce probíhají pouze za působeníkatalyzátorů,kterými jsoukyseliny.Příkladem je izomerace 1-butenu na 2-buten:

CH₃CH₂CH=CH₂→ CH₃CH=CHCH₃

Nejvýznamnější alkeny

• Buten(butylen)
• Ethen(ethylen)
• Propen(propylen)

Související články

• Alkany
• Alkadieny
• Cykloalkeny
• Alkyny

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématualkennaWikimedia Commons

Autoritní data	NKC:ph462040 PSH:5948 BNF:cb11948674t(data) GND:4001207-4 LCCN:sh85094589 NDL:00562061 NLI:987007546028505171

Portály:Chemie