Изомерия

Помимо изомерии, связанной со строением углеродной цепи, в ряду олефинов наблюдается изомерия положения двойной связи. Кроме того, у олефинов имеет место пространственная (геометрическая) или цис-транс-изомерия.

Для изучения материала по названному виду изомерии необходимо просмотреть анимационный фильм “Цис-транс-изомерия в ряду алкенов”. Обращаем внимание на то, что текст, сопровождающий этот фильм. в полном объеме перенесен в данный подраздел и ниже следует.

Цис-транс-изомерия в ряду алкенов

“Наряду с изомерией, связанной со строением углеродного скелета и положением двойной связи, в ряду алкенов имеет место геометрическая или цис-транс-изомерия. Ее существование обусловлено отсутствием свободного вращения атомов, связанных двойной связью.

CH3 \		CH3 /		CH3 \		H /
	C=C				C=C
/ H		\ H		/ H		\ CH3

цис-изомер транс-изомер

Метильные группы в приведенных примерах могут располагаться как по одну сторону двойной связи (такой изомер называется цис-изомером), так и по разные стороны (такой изомер называется транс-изомером). Названия упомянутых изомеров происходят от латинского cis - на этой стороне и trans- через, на другой стороне. Превращение изомеров друг в друга невозможно без разрыва двойной связи”.

Получение

1) Основным промышленным источником получения первых четырех членов ряда алкенов (этилена, пропилена, бутиленов и пентиленов) являются газы крекинга и пиролиза нефтепродуктов, а также газы коксования угля (этилен, пропилен).
Газы крекинга и пиролиза нефтепродуктов содержат от 15 до 30% олефинов. Так, крекинг бутана при 600°С приводит к смеси водорода, метана, этана и олефинов – этилена, пропилена, псевдобутилена (бутена -2) с соотношением олефинов ≈ 3,5: 5: 1,5 соответственно.

2) Все более значительные количества алкенов получают дегидрогенизацией алканов при повышенной температуре с катализатором.

CH3–CH2–CH2–CH3 ––300°C,Cr2O3–

| |

® CH2=CH–CH2–CH3(бутен-1) + H2 ® CH3–CH=CH–CH3(бутен-2) + H2

 

3) В лабораторной практике наиболее распространенным способом получения алкенов является дегидратация (отщепление воды) спиртов при нагревании с водоотнимающими средствами (концентрированная серная или фосфорная кислоты) или при пропускании паров спирта над катализатором (окись алюминия).

CH₃–CH₂–OH(этанол) ––^t°,Al2O3® CH₂=CH₂ + H₂O

Порядок дегидратации вторичных и третичных спиртов определяется правилом А.М.Зайцева: при образовании воды атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного соседнего атома углерода, т.е. с наименьшим количеством водородных атомов.

CH3–	CH–C I I	H–CH3(бутанол-2) ® CH3–CH=CH–CH3(бутен-2) + H2O
	OH H

 

4) Часто алкены получают реакцией дегидрогалогенирования (отщепление галогеноводорода) из галогенопроизводных при действии спиртового раствора щелочи. Направление данной реакции также соответствует правилу Зайцева.

CH3–CH–CH2–CH3(2-бромбутан) + NaOH(спирт p-p) ® CH3–CH=CH–CH3 + NaBr + H2O I Br

 

5) Реакция дегалогенирования (отщепление двух атомов галогена от соседних атомов углерода) при нагревании дигалогенидов с активными металлами также приводит к алкенам.

CH2–CH –CH3(1,2-дибромпропан) + Mg ® CH2=CH–CH3(пропен) + MgBr2 I I Br Br

 

Физические свойства

По физическим свойствам этиленовые углеводороды близки к алканам. При нормальных условиях углеводороды C₂–C₄ – газы, C₅–C₁₇ – жидкости, высшие представители – твердые вещества. Температура их плавления и кипения, а также плотность увеличиваются с ростом молекулярной массы. Все олефины легче воды, плохо растворимы в ней, однако растворимы в органических растворителях. Физические свойства некоторых алкенов представлены в таблице.

Таблица. Физические свойства некоторых алкенов.

Название	Формула	t°пл., °С	t°кип., °С	d420
Этилен	CH2=CH2	-169,2	-103,8	0,570 (при -103,8°С)
Пропилен	CH2=CH–CH3	-187,6	-47,7	0,610 (при -47,7°С)
Бутен-1	CH2=CH–CH2–CH3	-185,3	-6,3	0,630 (при -10°С)
цис-Бутен-2	H3C CH3 I I C=C I I H H	-138,9	3,5	0,644 (при -10°С)
транс-Бутен-2	H CH3 I I C=C I I H3C H	-105,9	0,9	0,660 (при -10°С)
Изобутилен	CH2=C–CH3 I CH3	-140,8	-6,9	0,631 (при -10°С)
Пентен-1	CH2=CH–CH2–CH2–CH3	-165,2	30,1	0,641 (при -25°С)
цис-Пентен-2	CH3 C2H5 I I C=C I I H H	-151,4	37,0	0,656
транс-Пентен-2	CH3 H I I C=C I I H C2H5	-140,2	36,4	0,649