8.1. Физические свойства

Физические свойства алкенов в основном сходны с соответствующими свойствами алканов. Алкены нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в неполярных растворителях, таких как бензол, тетрахлорметан. Их плотность меньше плотности воды. Так же как и в случае алканов, температуры кипения повышаются на 20 - 30 ^оС при увеличении длины цепи на один атом углерода (за исключением низших алкенов). Разветвление углеродной цепи в молекулах изомеров понижает температуру кипения (табл. 8.1).

цис-Изомер менее симметричен, чем транс-изомер, поэтому его упаковка в кристаллической решетке менее плотная, что обусловливает, как правило, более низкую температуру плавления цис-изомера.

Алкильная группа подает электроны к углероду с двойной связью. Это объясняется разной гибридизацией атомов углерода. Углерод в состоянии sp²-гибридизации сильнее притягивает электроны, чем углерод в состоянии sp³-гибридизации. Поэтому связь поляризована.

Таблица 8.1

Физические свойства алкенов

Название	Формула	Тпл, ºС	Ткип, ºС	Плотность, г/см3
Этен	СН2=СН2	-169	-102,0	–
Пропен	CH2=CH–CH3	-188	-48,0	–
1-Бутен	СН2=СН–СH2–СН3	-185	-6,5	–
1-Пентен	СН2=СН–(СН2)2–СН3	-185	30,0	0,643
1-Гексен	СН2=СН–(СН2)3–СН3	-138	63,5	0,675
1-Гептен	СН2=СH–(СН2)4–СН3	-119	93,0	0,698
цис-2-Бутен		-139	4,0	–
транс-2-Бутен		-106	1,0	–
Метилпропен	CH2=C(CH3)2	-141	-7,0	–

8.2. Химические свойства

Атом или группа атомов, которая определяет свойства какого-либо класса органических соединений, называется функциональной группой. В алкенах функциональной группой является двойная углерод-углеродная связь. В алкене более сложном, чем этилен, присутствуют алкильные группы. В определенных условиях алкильные группы в этих молекулах могут вступать в реакции, типичные для алканов. Однако характерными реакциями алкенов являются реакции по двойной углерод-углеродной связи.

Когда имеется сложная молекула с несколькими функциональными группами, то можно ожидать, что свойства этой молекулы будут сочетать свойства различных функциональных групп. Однако свойства отдельной группы будут несколько изменяться под влиянием других групп, и важно понимать эти изменения.

Двойная связь состоит из прочной -связи и менее прочной -связи. Типичными реакциями двойной связи являются реакции, в которых происходит разрыв менее прочной -связи и образование вместо нее двух более прочных -связей. Такие реакции называются реакциями присоединения. Они обозначаются символом Аd (Addition - присоединение).

Какие реагенты могут присоединяться к двойной углерод-углеродной связи? Для ответа рассмотрим электронное строение алкенов. Облака -электронов находятся над и под плоскостью, в которой лежат атомы углерода и водорода. Эти электроны наиболее доступны для реагентов с недостатком электронов. Двойная углерод-углеродная связь служит донором электронов, т.е. ведет себя как основание¹. Она реагирует с соединениями, которые обеднены электронами, т.е. с кислотами. Эти реагенты, не имеющие пары электронов, называются электрофильными реагентами (электрофил - любящий электроны). Следовательно, типичными реакциями алкенов являются реакции электрофильного присоединения (Ad_E).

Существуют реагенты другого типа, также обедненные электронами - свободные радикалы. С ними алкены вступают в реакции радикального присоединения (Ad_R) .

Большинство алкенов содержит алкильные группы, которые являются остатками алканов, следовательно, такие алкены могут подобно алканам участвовать в реакциях свободнорадикального замещения атома водорода в алкильном остатке (S_R).

Реакция электрофильного присоединения протекает в две стадии:

I стадия - медленная, присоединение электрофила Е^ с образованием карбокатиона.

II стадия - быстрая, присоединение нуклеофила Nu (нуклеофил - любящий ядро).

По такому механизму протекает реакция присоединения галогеноводородов НСl, НВr, НI.

Для присоединения воды к алкенам необходим катализатор - сильная минеральная кислота, которая дает протон Н^ - электрофил, а нуклеофилом является вода (Н₂О) за счет неподеленной пары электронов на атоме кислорода. Подобным образом с алкенами реагирует спирт (RОH), который также имеет неподеленную электронную пару на атоме кислорода. В реакции с серной кислотой быстрая стадия - взаимодействие с нуклеофилом ^—ОSO₂OH.

Присоединению хлора и брома, молекулы которых неполярны, предшествует поляризация

Под влиянием электронного облака двойной углерод-углеродной связи изменяется распределение электронной плотности в молекуле галогена. В первой медленной стадии присоединяется электрофил Br⁺, во второй - нуклеофил Br^—.

Частицы, присоединяющиеся в медленной и быстрой стадиях электрофильного присоединения, приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2.

Реакции электрофильного присоединения

	Реакции присоединения
Реагент	галогенов	галоген- водородов	воды	спиртов	серной кислоты
Электрофил	Cl+ Br+	H+	H+	H+	H+
Нуклеофил	Cl— Br—	Cl— , Br—, I—	Н2O	ROH	—ОSO2OH