Αλκένια

Τα αλκένια είναι, σύμφωνα με IUPAC, ακόρεστοι αλειφατικοί (δηλαδή άκυκλοι) υδρογονάνθρακες με ακριβώς έναν διπλό δεσμό (C=C)Wade, L.G. (Sixth Ed., 2006). Organic Chemistry. Pearson Prentice Hall. pp. 279.. Έχουν βαθμό ακορεστότητας 1. Τα αλκένια αποτελούν ιδιαίτερη χημική ομόλογη σειρά. Ο γενικός χημικός τύπος των αλκενίων είναι CnH2n (n=2,3..)Moss, G. P.; Smith, P. A. S. (1995). "Glossary of Class Names of Organic Compounds and Reactive Intermediates Based on Structure (IUPAC Recommendations 1995)". Pure and Applied Chemistry 67: 1307–1375. doi:10.1351/pac199567081307.. 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 τον 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.

 Ονοματολογία 

Σχηματίζουμε τη ρίζα του κατά IUPAC ονόματος των αλκενίων, όπως στα αντίστοιχα αλκάνια, αλλάζοντας το ενδιάμεσο «-αν-» σε «-εν-».Οι παρακάτω κανόνες μπορούν να παραβιαστούν σε πολύπλοκες περιπτώσεις για λόγους απλούστευσης.. Επιπλέον, όμως: 
1. Η θέση του διπλού δεσμού επισημαίνεται με χρήση του αύξοντα αριθμού του πρώτου άνθρακα του διπλού δεσμού, μετά το του ονόματος, εκτός κι αν εννοείται, όπως π.χ. στο αιθένιο.
2. Ως κύρια ανθρακική αλυσίδα (κανονικά) θεωρείται κατά προτεραιότητα
1. Αυτή που περιέχει τον διπλό δεσμό.
2. Αυτή που περιέχει τις πιο πολύπλοκες διακλαδώσεις (π.χ. διακλαδώσεις με υποδιακλαδώσεις).
3. Αυτή που περιέχει τις περισσότερες διακλαδώσεις του πιο (ή ιεραρχικά και λιγότερο) πολύπλοκου τύπου.
4. Αυτή που είναι μακρύτερη.
3. Η αρίθμηση γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να προκύπτει ο μικρότερος δυνατός αριθμός θέσης του διπλού δεσμού.
4. Η αρίθμηση γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να προκύπτει το μικρότερο δυνατό άθροισμα αριθμών θέσης διακλαδώσεων.
Παραδείγματα:

 Δομή 

200px|thumb|Αναπαράσταση μορίου αιθενίου. Με πράσινο χρώμα δείχνεται ο π-δεσμός.
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 είναι 134 pm για τους διπλούς και 154 pm για τους απλούςWade, L.G. (Sixth Ed., 2006). Organic Chemistry. Pearson Prentice Hall. pp. 279..

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 τον 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 τον διπλό δεσμό. Π.χ. η γωνία  στο προπένιο μετρήθηκε και βρέθηκε 123,9°.

 Παραγωγή 

 Με πυρόλυση αλκανίων 

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

 Με αφυδάτωση αλκοολών 

Με ενδομοριακή αφυδάτωση αλκοολών παράγονται αλκένια. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, >150 °CΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.3.:

 Με απόσπαση υδραλογόνου 

Με απόσπαση υδραλογόνου από αλκυλαλογονίδια που περιέχουν υδρογόνο σε α-θέση από το αλογόνο παράγονται αλκένιαΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1α.:

 Με απόσπαση αλογόνου 

Με απόσπαση αλογόνου από 1,2-διαλογοναλκάνια παράγονται αλκένιαΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1β.:

 Με μερική καταλυτική υδρογόνωση 

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση άκυκλων περισσότερο ακόρεστων υδρογονανθράκων, όπως π.χ. αλκίνια και αλκαδιένια, παράγονται αλκένιαΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.158, §6.9.4.:
α. Πσραγωγή cis- ή E-:

β. Πσραγωγή trans- ή Z-:

 Με καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων 

Με καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων, παράγονται αλκένια :

 Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιοβάσεων 

Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιοβάσεων (μέθοδος Hoffmann) παράγονται 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.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.4.:

 Φυσικές ιδιότητες 

Οι φυσικές ιδιότητες των αλκενίων είναι συγκρίσιμες μ' εκείνες των αλκανίων. Η φυσική κατάσταση εξαρτάται κυρίως από τη μοριακή μάζα τους. Τα πρώτα μέλη της ομόλογης σειράς, μέχρι και τα βουτένια είναι αέρια. Από τα πεντένια ως και τα δεκαεξένια είναι υγρά και τα υπόλοιπα κηρώδη στερεάΤα παραπάνω ισχύουν απόλυτα για τα γραμμικά ισομερή. Για τα διακλαδισμένα ισχύουν συχνά σημαντικές διαφορές.. 
Γραμμικός τύποςΌνομα IUPAC(ελληνική μορφή)ΌνομαΜοριακήμάζαΣημείο τήξης(°C, 1 atm)Σημείο ζέσεως(°C, 1 atm)100 pxαιθένιοαιθυλένιο28,05 amu−169,2 °C−103.7 °C100 pxπροπένιοπροπυλένιο42,08 amu−185,2 °C− 47.6 °C100 px1-βουτένιοβουτυλένιο56,11 amu-185 °C-6.3 °C100 pxcis-2-βουτένιο56,11 amu-139 °C4 °C100 pxtrans-2-βουτένιο56,11 amu-105 °C1 °C100 pxμεθυλοπροπένιο ισοβουτένιο56,11 amu-140.3 °C-6,9 °C200 px1-πεντένιο αμυλένιο70,13545 amu-138 °C30-31 °C

 Παράγωγα 

 Τέλεια καύση 

 Όπου v ο αριθμός ατόμων άνθρακα του αλκενίου.

 Ενυδάτωση 

1. «Κατά Markownikow». Επίδραση θειικού οξέος και στη συνέχεια νερού (ενυδάτωση). Παράγεται αλκάνόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.3.:

2. «Αντί Markownikow». Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου. Παράγεται αλκυλοβοράνιο και στη συνέχεια αλκανόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.5.:

 Προσθήκη διβορανίου έχει το ίδιο αποτέλεσμα.
3. «Κατά Markownikow». Αντίδραση με οξικό υδράργυρο και έπειτα αναγωγή:

4. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Prins με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε αλκένια απουσία νερού. Π.χ.:


 Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως 

Με Επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) σε αλκένιο παράγεται αλαλκάνόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.4.:

 Το HOX παράγεται συνήθως επιτόπου με την αντίδραση:

 Καταλυτική υδρογόνωση 

Με καταλυτική υδρογόνωση αλκενίου σχηματίζεται αλκάνιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.6.:<

 Αλογόνωση 

Με επίδραση αλογόνου (X2) (αλογόνωση) σε αλκένια έχουμεΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.2.:
1. Προσθήκη στον διπλό δεσμό. Παράγεται διαλογονοαλκάνιο. Π.χ.:

2. Υποκατάσταση σε αλλυλική θέση, δηλαδή σε α θέση ως προς τον διπλό δεσμό. Παράγεται αλκυλαλογονίδιο: Π.χ.:

 Η αλλυλική υποκατάσταση ευνοείται με ορισμένα ειδικά αντιδραστήρια αλογόνωσης ή σε υψηλές θερμοκρασίες.

 Υδραλογόνωση 

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε αλκένια παράγεται αλκυλαλογονίδιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.1.:
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 τον 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 λιγότερους υποκαταστάτες. Π.χ.:

 Καταλυτική αμμωνίωση 

1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται πρωτοταγής αμίνη. Π.χ.:

 Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.
2. Προσθήκη πρωτοταγούς αμίνης. Παράγεται δευτεροταγής αμίνη. Π.χ.:

3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Παράγεται τριτοταγής αμίνη. Π.χ.:

 Καταλυτική φορμυλίωση 

Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε αλκένιο παράγεται αλδεΰδη. Π.χ.:

 Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.
 Όπου . Εξαρτάται από την επιλογή του καταλύτη. Οι σχετικά ογκώδεις καταλύτες ευνοούν το δεύτερο παράγωγο.

 Προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών κατά Prins 

Με επίδραση περίσσειας αλδεϋδών ή κετονών σε αλκένια απουσία νερού, σε χαμηλή θερμοκρασία παράγονται παράγωγα διοξανίου. Π.χ.:
 120 px  120 px

 Διυδροξυλίωση 

Η διυδροξυλίωση αλκενίων, αντιστοιχεί σε προσθήκη H2O2 και παράγει αλκανοδιόλεςΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.9.:

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.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.10.:


 Μετάθεση αλκενίων 

Οι αλκυλικοί υποκαταστάτες μπορούν να ανταλλάξουν θέση μεταξύ δυο διαφορετικών αλκενίων. Π.χ.:

 Φυσικά το R3 έχει παρόμοιες πιθανότητες να μεταθετεί με το R2.

 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.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 160, §6.10.2.:
 120 px
 120 px

 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.:
 120 px  120 px

 Προσθήκη καρβενίων 

Κατά την προσθήκη καρβενίων σε αλκένιο σχηματίζεται αλκυλοκυκλοπροπάνιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.7.:
 60 px
 Ταυτόχρονα όμως γίνονται και αντιδράσεις παρεμβολής στους δεσμούς C-Η και C-C. Το αποτέλεσμα είναι ένα μίγμα όλων αυτών των παραγώγων.

 Καταλυτική προσθήκη οξυγόνου 

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

 Πολυμερισμός 

Διακρίνονται τα ακόλουθα είδη πολυμερισμού αλκενίωνΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.11.:
1. Κατιονικός. Π.χ.:

2.. Ελευθέρων ριζών. Π.χ.:


 Φωτοχημικός διμερισμός 

Κατά τον φωτοχημικό διμερισμό αλκενίων σχηματίζεται 1,3-διαλκυλοκυκλοβουτάνιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.12.:
 100 px

 Φωτοχημική προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών 

Με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε αλκένια απουσία νερού σχηματίζονται και φωτοχημικά παράγωγα οξενανίου (Αντίδραση Paterno–Büchi). Π.χ.::
 120 px  120 px

 Σημειώσεις και αναφορές 

 Πηγές 
 Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
 Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
 SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
 Ν. Α. Πετάση, Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας, 1982
 Safety Information from Intergovernmental Organizations

*
Κατηγορία:Χαρακτηριστικές ομάδες