Хімічні властивості алкенів

Алкени хімічно активні. Їх хімічні властивості багато в чому визначаються наявністю подвійного зв’язку. Для алкенів найбільш характерні реакції електрофільного приєднання і реакції радикального приєднання. Реакції нуклеофільного приєднання зазвичай вимагають наявність сильного нуклеофіла і для алкенів не типові.

Алкени легко вступають в реакції окиснення, приєднання а також здатні до алільного радикального заміщення.

I. Реакції приєднання

1. Гідрування

Алкени легко приєднують водень за присутності каталізаторів (Pt, Pd, Ni)

CH2=CH2 + H2 → CH3–CH3

2. Галогенування

Алкени при звичайних умовах приєднують галогени, утворюючи дигалогенпохідні алканів, що містять атоми галогену у сусідніх вуглецевих атомів

CH2=CH2 + Br2 → CH2Br–CH2Br

3. Гідрогалогенування

Взаємодія алкенів з галогеноводнями залежить від будови ненасиченої сполуки, природи галогену та умов проведення. Для несиметричних алкенів приєднання галогеноводнів відбувається за правилом В. Марковнікова: Гідроген приєднується до найбільш гідрогенізованого атома Карбону.

CH3–CH=CH2 + HBr → CH3–CHBr–CH3

Правило Марковнікова не виконується при розміщенні біля подвійного зв’язку електроноакцепторних груп (–CN, –NO2).

Якщо реакцію гідрогалогенування проводити за радикальним механізмом (наприклад, у присутності гідроген пероксиду H2O2) то приєднання буде йти всупереч правило Марковнікова. Цей випадок відхилення називається пероксидний еффект Карраша

CH3–CH=CH2 + HBr → CH3–CH2–CH2Br

4. Гідратація

Гідратація алкенів відбувається в присутності мінеральних кислот і підпорядковується правилу Марковнікова. Продуктами реакції є спирти

CH2=CH2 + H2O → CH3–CH2–OH

5. Алкілювання

Приєднання алканів до алкенів в присутності кислотного каталізатора (HF або H2SO4) при низьких температурах призводить до утворення вуглеводню з більшою молекулярною масою і часто використовується в промисловості для одержання моторного палива

R–CH2=CH2 + R’–H → R–CH2–CH2–R’

II. Окиснення

Окиснення алкенів може відбуватися залежно від умов і видів окиснювальних реагентів як з розривом подвійного зв’язку, так і з збереженням вуглецевого скелета.

1. Окиснення калій перманганатом KMnO4 (реакція Є. Вагнера)

При окиснення алкенів слабким розчином KMnO4 в слаболужному середовищі утворюються гліколі

 3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HO–CH2–CH2–OH + 2KOH + 2MnO2

Дана реакція має стереоселективний характер, так як обумовлена ​​утворенням на проміжних стадіях складних ціклічних ефірів.

2. Окиснення гідроген пероксидом у присутності осмій (VIII) оксиду

Продуктом даної реакції аналогічно реакції Вагнера буде гліколь

 CH2=CH2 + HO–OH → HO–CH2–CH2–OH

3. Окиснення органічними пероксидами (реакція М. Прилежаєва)

Реакція М. Прилежаєва – це синтез оксіранів окисненням олефінів гідропероксидами кислот, або надкислотами такими як надмурашина HCOOOH, надбензойною C6H5COOOH тощо. Реакцію проводять змішуванням реагентів розчинених в інертному розчиннику (гексан, бензол, хлороформ та ін.) при температурі від -10 °C до 60 °C.

Реакція Прилежаєва

4. Окиснення молекулярним киснем

При окисненні алкенів киснем без каталізатора відбувається розрив β-зв’язку C–H з утворенням гідропероксидів, які розкладаються на спирти та альдегіди. Якщо використовувати каталізатор Ag, то продуктами реакції будуть оксірани (органічні оксиди)

Окиснення алкенів молекулярним киснем

5. Озоноліз

Реакція алкенів з озоном є найбільш важливим методом окисного розщеплення алкенів по подвійному зв’язку. Її використовують для визначення будови алкену. Дана реакція їде селективно по подвійному зв’язку з утворенням гідроген пероксиду, альдегідів або кетонів.

Озоноліз алкенів

В умовах реакції утворені альдегіди здатні окиснюватися до відповідних карбонових кислот

6. Окиснення в присутності солей паладію

Під час окиснення алкенів у присутності солей паладію Pd (II) і води утворюються карбонільні сполуки (альдегіди або кетони). Наприклад, етилен окиснюється до етаналю. Дана реакція протікає в кислому середовищі і є промисловим способом добування ацетальдегіду

2CH2=CH2 + O2 → 2CH3COH

III. Реакції полімеризації

Молекули алкенів здатні приєднуватися за певних умов одна до одної з розкриттям π-зв’язків та утворення димерів, тримерів або високомолекулярних сполук – полімерів. Полімеризація алкенів може протікати як по вільнорадикальному, так і катіонно-аніоном механізму. Як ініціатори полімеризації застосовують кислоти, пероксиди, метали тощо. Реакцію полімеризації здійснюють також під дією температури, опромінення, тиску. Типовим прикладом є полімеризація етилену з утворенням поліетилену

nCH2=CH2 → (–CH2–CH2–)n

IV. Реакції заміщення

Реакції заміщення для алкенів є нехарактерні. Однак при високих температурах (понад 400 °C) реакції радикального приєднання, що носять оборотний характер, придушуються. У цьому випадку стає можливим провести заміщення атома Гідрогену, що знаходиться в аллільном положенні при збереженні подвійного зв’язку

CH2=CH–CH3 + Cl2 – CH2=CH–CH2Cl + HCl

Алільне бромування проводять під дією N-бромсукцинімід NBS (реакція Воля-Циглера), наявність якого створює постійну невелику концентрацію брому

Бромування алкенів N-бромсукцинімідом NBS