Αλκένια

Τα αλκένια είναι, σύμφωνα με IUPAC, ακόρεστοι αλειφατικοί (δηλαδή άκυκλοι) υδρογονάνθρακες με ακριβώς έναν διπλό δεσμό (C=C). Έχουν βαθμό ακορεστότητας 1. Τα αλκένια αποτελούν ιδιαίτερη χημική ομόλογη σειρά. Ο γενικός χημικός τύπος των αλκενίων είναι CₙH₂ₙ (n=2,3..). Βάσει του τύπου αυτού, τα αλκένια είναι ισομερή θέσης με τα κυκλοαλκάνια από τα οποία, όμως, διαφέρουν πολύ στις ιδιότητες. Τα αλκένια έχουν δύο άτομα υδρογόνου (Η) λιγότερα από τα αλκάνια αφού θεωρητικά προκύπτουν από τους κορεσμένους υδρογονάνθρακες αν αφαιρεθούν δύο άτομα Η από γειτονικά άτομα άνθρακα οπότε και οι μονάδες συγγένειας που περισσεύουν δημιουργούν το διπλό δεσμό.
Το απλούστερο αλκένιο είναι το αιθένιο (CH₂=CH₂).
Πολλά εγχειρίδια Χημείας ταυτίζουν τα αλκένια με τις ολεφίνες, όμως οι τελευταίες αποτελούν παλαιότερη κατηγορία που χρησιμοποιεί κυρίως η Χημική Βιομηχανία και είναι ευρύτερη περιλαμβάνοντας όλους τους ακόρεστους υδρογονάνθρακες. Δηλαδή οι ολεφίνες περιλαμβάνουν όχι μόνο τα αλκένια, αλλά και τα αλκίνια, τα αλκαδιένια και κάθε άλλη ομόλογη σειρά υδρογονανθράκων που περιέχουν έναν τουλάχιστον πολλαπλό (διπλό ή τριπλό) δεσμό. Ο γενικός τύπος των αλκενίων δεν ισχύει για όσες ολεφίνες έχουν βαθμό ακορεστότητας > 1. Κάποια άλλα συγγράμματα χρησιμοποιούν τους όρους αλκένια και ολεφίνες ως ταυτόσημους και επιπλέον περιλαμβάνουν στην κατηγορία και τα μόρια με δακτυλίους δηλαδή και τα κυκλοαλκένια.

Δομή

Η διαφορά δομής των αλκενίων από τα αλκάνια είναι η ύπαρξη στα αλκένια ενός διπλού δεσμού (C=C). Όπως και οι απλοί ομοιοπολικοί δεσμοί, οι διπλοί μπορούν να περιγραφούν με όρους επικάλυψης ατομικών τροχιακών. Η διαφορά μεταξύ απλού και διπλού δεσμού είναι ότι στο πρώτο είδος έχουμε δεσμό τύπου σ και στη δεύτερη έναν τύπου σ και έναν τύπου π. Οι δεσμοί τύπου π προκύπτουν από την πλάγια επικάλυψη τροχιακών, με αποτέλεσμα να απαιτούν περισσότερο πλησίασμα των αρχικών ατόμων. Έτσι τελικά οι διπλοί δεσμοί είναι βραχύτεροι και ισχυρότεροι από τους απλούς, αλλά όχι ακριβώς στο διπλάσιο, όπως θα περίμενε ίσως κανείς από το όνομα «διπλός». Συγκεκριμένα η ενέργεια διάσπασης των δυο ειδών δεσμών είναι 611 kJ/mol για τους διπλούς έναντι 347 kJ/mol για τους απλούς. Τα μέσα μήκη τους είνσι 134 pm για τους διπλούς και 154 pm για τους σπλούς.
Κάθε άτομο άνθρακα του διπλού δεσμού χρησιμοποιεί τρία (3) sp² υβριδικά τροχιακά για να σχηματίσει τρεις (3) σ δεσμούς με τρία (3) άτομα. Το 2p μη υβριδικό τροχιακό που απομένει σε κάθε άτομο άνθρακα του διπλού δεσμού χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του π δεσμού. Αυτός ο δεσμός βρίσκεται έξω από τον κύριο C-C άξονα, με το κάθε ήμισυ του δεσμού σε κάθε πλευρά του.
Η περιστροφή των διπλών δεσμών εμποδίζεται από την ύπαρξη του π δεσμού, η ενέργεια διάσπασης του οποίου ανέρχεται σε 264 kJ/mol (για το αιθένιο). Το γεγονός αυτό οδηγεί στην ύπαρξη των αποκαλούμενων γεωμετρικών ισομερών σε ορισμένα αλκένια. Αυτά είναι δυνατό να διαφέρουν αρκετά σε φυσικές και σε ορισμένες (στερεοειδικές) χημικές ιδιότητες. Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα διαφορετικά ισομερή που προκύπτουν επισημαίνονται στην ονοματολογία με τα προθέματα cis- - trans- ή Ε- - Ζ- πριν από το υπόλοιπο όνομα της ένωσης. Συνήθως τα trans- ή Ζ- ισομερή είναι σταθερότερα σε χαμηλές θερμοκρασίες.΄Το φυσικό μέγεθος που διαφέρει συνήθως σημαντικά ανάμεσα στα δυο ισομερή είναι η διπολική ροπή.
Ωστόσο, η περιστροφή των διπλών δεσμών και επομένως η αμοιβαία μετατροπή των γεωμετρικών ισομερών από το ένα στο άλλο, είναι δυνατή, αλλά κοστίζει ενέργεια που ισοδυναμεί ακριβώς με το ήμισυ της ενέργειας διάσπασης του π δεσμού.
Όπως προβλέπεται από το μοντέλο VSEPR αμοιβαίας άπωσης μεταξύ ζευγών ηλεκτρονίων, η μοριακή γεωμετρία των ατόμων γύρω από το διπλό δεσμό είναι 120° (3 δεσμοί, άρα 3 ζεύγη ηλεκτρονίων 360°/3 = 120°). Στην πράξη όμως μετρούνται μικρές διαφορές, λόγω των μη δεσμικών αλληλεπιδράσεων που δημιουργούνται μεταξύ των ατόμων ή ομάδων που στερεοχημικά περιβάλλουν το διπλό δεσμό. Π.χ. η γωνία  στο προπένιο μετρήθηκε και βρέθηκε 123,9°.

Με πυρόλυση αλκανίων

Με πυρόλυση αλκανίων (βιομηχανική μέθοδος) παράγονται μίγματα που περιέχουν και αλκένια. Π.χ.:

Με αφυδάτωση αλκανολών

Με ενδομοριακή αφυδάτωση αλκοολών παράγονται αλκένια. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, >150 °C:

Με απόσπαση υδραλογόνου

Με απόσπαση υδραλογόνου από αλκυλαλογονίδια που περιέχουν υδρογόνο σε α-θέση από το αλογόνο παράγονται αλκένια:

Με απόσπαση αλογόνου

Με απόσπαση αλογόνου από 1,2-διαλογοναλκάνια παράγονται αλκένια:

Με καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων

Με καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων, παράγονται αλκένια :

Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιοβάσεων

Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιοβάσεων (μέθοδος Hoffmann) παράγνται αλκένια. Π.χ.:

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων σε καρβονυλικές ενώσεις

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων σε καρβονυλικές ενώσεις, δηλαδή (αλδεΰδες ή κετόνες) (μέθοδος Wittig) παράγονται αλκένια. Π.χ.:

Καταλυτική υδρογόνωση

Με καταλυτική υδρογόνωση αλκενίου σχηματίζεται αλκάνιο. Π.χ.:<

Υδραλογόνωση

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε αλκένια παράγεται αλκυλαλογονίδιο:
1. Με τον πολικό μηχανισμό. Η προσθήκη γίνεται με τον κανόνα Markownikow, δηλαδή το αλογόνο (Χ) συνδέεται με το άτομο άνθρακα του πρώην αλκένιου που έχει τους περισσότερους υποκαταστάτες. Π.χ.:
2. Με το μηχανισμό ελευθέρων ριζών. Η προσθήκη γίνεται με τον κανόνα αντι-Markownikow, δηλαδή το αλογόνο (Χ) συνδέεται με το άτομο άνθρακα του πρώην αλκένιου που έχει τους λιγόερους υποκαταστάτες. Π.χ.:

Προσθήκη αλδεΰδών ή κετονών κατά Prins

Με επίδραση περίσσειας αλδευδών ή κετονών σε αλκένια απουσία νερού, σε χαμηλή θερμοκρασία παράγονται παράγωγα διοξανίου. Π.χ.:

Διυδροξυλίωση

Η διυδροξυλίωση αλκενίων, αντιστοιχεί σε προσθήκη H₂O₂ και παράγει αλκανοδιόλες:
1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου. Π.χ.:
2. Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου. Αντιστοιχεί σε προσθήκη H₂O₂ και παράγει αλκανοδιόλη. Π.χ.:
3. Μέθοδος Sharpless:
4. Μέθοδος Woodward:
5. Υπάρχει ακόμη δυνατότητα για 1,3-διυδροξυλίωση με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε αλκένια, παρουσία νερού. Αντίδραση Prins. Π.χ.:

Οζονόλυση

Με επίδραση όζοντος (οζονόλυση) σε αλκένια, παράγονται ασταθή οζονίδια και τελικά διασπάται το μόριο στο σημείο του διπλού δεσμού και σχηματίζονται αλδεΰδες ή και κετόνες. Π.χ.:

Αντίδραση Diels–Adler

Κατά την επίδραση αλκαδιενίου (διένιου) σε αλκένια (διενόφιλα) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Diels–Adler) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοεξενίου. Π.χ.:

Αντίδραση Pauson-Khand

Κατά την επίδραση αλκίνια και μονοξειδίου του άνθρακα σε αλκένια έχουμε την ονομαζόμενη αντίδραση Pauson-Khand που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοπεντόνης. Π.χ.:

Καταλυτική προσθήκη οξυγόνου

Κατά την καταλυτική προσθήκη οξυγόνου σε αλκένιο σχηματίζεται αλκυλοξιράνιο. Π.χ.:

Πολυμερισμός

Διακρίνονται τα ακόλουθα είδη πολυμερισμού αλκενίων:

1. Κατιονικός. Π.χ.:
2.. Ελευθέρων ριζών. Π.χ.:

Φωτοχημικός διμερισμός

Κατά το φωτοχημικό διμερισμό αλκενίων σχηματίζεται 1,3-διαλκυλοκυκλοβουτάνιο. Π.χ.:

Φωτοχημική προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών

Με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε αλκένια απουσία νερού σχηματίζονται και φωτοχημικά παράγωγα οξενανίου (Αντίδραση Paterno–Büchi). Π.χ.::