3.2. Изомерия, номенклатура углеводородов ряда этилена

Структурная изомерия начинается в этом ряду, как и в ряду предельных углеводородов, с углеводорода с четырьмя атомами углерода, однако число изомеров у этиленовых углеводородов значительно больше.

Наряду с изомерией, связанной со строением углеродной цепи, в ряду олефинов наблюдается структурная изомерия по положению двойной связи в цепи. Кроме того, в ряду олефинов имеет место пространственная (геометрическая) так называемая цис-транс-изомерия.

Цис-изомеры содержат определенные (в частном случае одинаковые) атомы или группы атомов при углеродах с двойной связью по одну сторону от этой связи, транс-изомеры – по разные стороны:

Существование геометрической цис-транс-изомерии в ряду олефинов связано с тем, что π-связь не допускает свободного вращения по оси σ-связи между двумя углеродными атомами.

Переход одного геометрического изомера в другой возможен лишь при высоких температурах, когда энергия теплового движения достаточна для ослабления π-связи, при освещении благодаря поглощению световой энергии или при действии катализаторов, также ослабляющих π-связь.

Названия олефинов по систематической номенклатуре образуются из названий аналогично построенных парафинов заменой суффиксов -ан на -ен.

Причем цифрой показывают положение двойной связи (после какого атома идет двойная связь).

За главную цепь принимается самая длинная цепь с двойной связью.

Нумерация углеродных атомов начинается с того конца цепи, к которому двойная связь ближе.

Для первого члена ряда сохраняется и тривиальное название – этилен. В разговорной речи иногда употребляются тривиальные и старые рациональные названия олефинов Так, например, олефины часто называют как алкилзамещенные родоначальника ряда – этилена или по соответствующему парафину, меняя окончание -ан на –илен.

Первые четыре предельных углеводорода с нормальной (без разветвлений, когда каждый атом углерода связан непосредственно не более чем с двумя другими атомами углерода) цепью имеют эмпирические названия:

этилен С₂Н₄

пропилен С₃Н₆

бутилен С₄Н₈

(пентилен) амилен С₅Н₁₀

Каждый последующий углеводород в гомологическом ряду отличается от предыдущего на гомологическую разницу СН₂ .

Непредельные углеводородные радикалы называют добавлением к корню суффикса -енил:

СН₂=СН- этенил,

СН₃–СН=СН - пропенил,

СН₂=СН–СН₂ – 2-пропенил

Укоренились некоторые эмпирические названия:

СН₂=СН- винил,

СН₂=СН–СН₂ – аллил,

СН₂=С–СН₃ изопропенил,

СН₃–СН=СН–СН₂- кротил

3.3. Способы получения

Олефины встречаются в некоторых нефтях. Особенно велико их содержание в канадской нефти. В чистом виде из нефти выделены углеводороды от С₆Н₁₂ до С₁₃Н₂₆.

1. Первые четыре члена ряда олефинов получаются в технике в чистом состоянии разгонкой под давлением или при пониженной температуре газообразной части продуктов крекинга нефтяных дистиллятов, а также из газов коксования (этилен, пропилен).

В связи с тем, что некоторые олефины для технических целей нужны в больших количествах, чем они могут быть выделены из газов крекинга и других промышленных источников, в технике получает все большее распространение метод получения их дегидрогенизацией предельных углеводородов. Катализатором этого процесса обычно является специальным образом приготовленная окись хрома:

1. Наиболее обычным способом получения олефинов в лабораторных условиях является дегидратация (отщепление воды) спиртов:

В качестве катализаторов дегидратации используются различные кислоты (серная, фосфорная), кислые соли (KHSO₄), полупятиокись фосфора, окись алюминия, соли алюминия и др.

В зависимости от природы спирта требуется применять различные условия дегидратации. Особенно легко дегидратируются третичные спирты: часто они отщепляют воду уже при перегонке.

Порядок отщепления воды в большинстве случаев определяется правилом Зайцева: при образовании воды наиболее легко отщепляется водород от соседнего наименее гидрогенизированного атома углерода. Этот водород наиболее подвижен:

В процессе дегидратации часто происходит перемещение двойной связи и строение полученного углеводорода не отвечает строению исходного спирта. Так, например, при дегидратации изоамилового спирта обычно получаются три углеводорода:

3. Олефины часто получают отщеплением галогеноводородов или галогенов от галогенопроизводных.

Моногалогенопроизводные дают олефины при действии щелочей (дегидрогалогенирование):

Обычно для этих целей применяется спиртовой раствор КОН и/или NaOH. Однако в этом случае может пойти побочная реакция – образование простого эфира:

Поэтому иногда отщепляют галогеноводород с помощью твердой измельченной щелочи или органических оснований – диметиланилина или хинолина.

Направление дегидрогалогенировання при этом соответствует уже рассмотренному правилу Зайцева:

Для получения олефинов иногда используют метод отщепления галогенов от вицинальных дигалогенопроизводных. Чаще всего это делают с помощью цинковой пыли или цинковых стружек в водноспнртовом растворе:

4. В некоторых случаях ацетиленовые углеводороды с определенным строением получаются легче, чем отвечающие им по строению олефины. В таких случаях последние получают частичным «селективным» гидрированием ацетиленовых углеводородов, например над палладиевым катализатором:

5. В последнее время для синтеза олефинов с конечной двойной связью очень часто используется реакция Виттига: