Telítetlen szénhidrogének (Unsaturated hydrocarbons)

A telítetlen szénhidrogének molekuláiban egy vagy több szénatompár között kettő, illetve hármas kötés van.

Alkének

Az alkének egy kettős kötésű szénatompárt tartalmazó szénhidrogének. A nevezéktan szerint az ebbe a csoportba tartozó minden szénhidrogén nevének a végződése -én. Az alkéneket is homológ sorba rendezhetjük. Általános összegképletük: CnH2n

Az alkének fizikai állandói a szénatomszám növekedésével fokozatosan változnak. Apoláris szerkezetűek, apoláris oldószerekben oldódnak. Éghetőek, addícióra és polimerizációra képesek. Fontos ipari jelentősége van, pl. a propén polimerizációjának, mely a nagy mennyiségben gyártott polipropilén nevű műanyag monomerje. Előállításuk a kőolaj hőbontásával történik.

Etén (etilén) CH2=CH2: Az etén színtelen, édeskés szagú gáz. Vízben nem, apoláris oldószerekben oldódik. A többi szénhidrogénhez hasonlóan éghető gáz. Mivel a molekulában gyengébb p kötés van ez könnyen felszakad, ezért az etén már szobahőmérsékleten is reakcióképes.

Addíciós reakció: Az olyan kémiai reakciókat, amelyekben két vagy több molekula melléktermék nélkül egyesül egymással, addíciónak (egyesülésnek) nevezzük.

Polimerizációs reakció: A polimerizáció során sok telítetlen molekula óriásmolekulává egyesül. Ily módon akár több ezer molekulából létrejövő hosszú láncmolekulák is keletkezhetnek. A keletkező anyag az egyik legfontosabb műanyag, a polietilén: CH2=CH2® -CH2-CH2-CH2-. Az etént a kőolaj hőbontásával állítják elő. Ma a legnagyobb mértékben felhasznált szerves vegyipari alapanyag.

Alkinek

Az alkinek egy hármas kötést tartalmazó szénhidrogének. A nevezéktan szerint az ebbe a csoportba tartozó minden szénhidrogén nevének a végződése -in. Az alkinek homológ sort alkotnak, általános összegképletük CnH2n-2.

Etin (acetilén) HCºCH: Az etin színtelen, szagtalan gáz. Vízben kevéssé oldódik, de az aceton jól oldja. Az etin erősen kormozó és világító lánggal ég. Ha tiszta oxigénnel keverve gyújtják meg, igen magas hőmérsékletű a lángja, így hegesztésre használják. Az alkénekhez hasonlóan addíciós reakcióra hajlamos, amelynek polimerizációs terméke a PVC (poli-vinil-klorid) nevű műanyag.

Előállítása: A földgázból történik.

Telítetlen szénhidrogének

A telítetlen szénhidrogénekben a ligandumok száma nem maximális, azaz van olyan szénatom, amelynek ligandumszáma kevesebb négynél! Ezek hidrogénnel telíthetők és így alkánokhoz, cikloalkánokhoz ill. származékaikhoz jutunk.

Ezeknél a molekuláknál már van π-kötés:

• alkének, cikloalkének esetében kettős kötés,
  
• alkinek esetében hármas kötés,
  
• aromás szénhidrogének esetében π-elektronsextett található.

Alkének (olefinek)

Az alkánokból hidrogénelvonással vezethetők le. Legegyszerűbb képviselője az etén (triviális nevén az etilén) CH₂ = CH₂.

Az alkének esetében is levezethető a homológsor (ls. alkánok):

• CH₂ = CH₂ etén (etilén)
  
• CH₂ = CH - CH₃ propén (propilén)
  
• CH₂ = CH - CH₂ - CH₃ butén (butilén)

Általános képletük: C_nH_2n {gyűrűs olefineknél: C_nH_{2n - 2} ).

Izoméria

• Konstitúciós izoméria (n > 3)
  
  A négy szénatomos buténtól kezdve többféle molekula is levezethető, melyeknek összegképlete azonos, de eltérő a szerkezeti képlete, azaz az atomok kapcsolódási sorrendje!
  
  Látható, hogy a négy szénatomos buténból három izomer vezethető le. Ez több, mint az azonos
  szénatomszámú telített szénhidrogén - a bután - esetében (ahol két izomer van).
  
  
• Cisz - transz izoméria
  
  Akkor lép fel, ha az alkén és származékaiban a kettős kötéssel összekapcsolt szénatomokhoz eltérő ligandumok (szubsztituensek) kapcsolódnak! Lássuk példaként a 2-butén két sztereoizomerjét:
  
  A sztereoizoméria oka az, hogy a kettős kötés rögzíti a molekula síkját, körülötte a molekula nem képes elfordulni (itt nincs szabad rotáció), így a ligandumok térbeli helyzete eltérő lesz.
  Látható az ábrán, hogy a két molekula egyes fizikai tulajdonságaikban eltérnek egymástól (ls. forráspont).
  
  
• Optikai izoméria
  

Elnevezés (olefin - "olajképző")

1. A leghosszabb szénlánc megválasztása; benne kell lennie a kettős kötésnek!
   
2. A név végződése: - én.
   
3. A kettős kötés számozása; ott kell kezdeni, ahova a kettős kötés a láncéghez közelebb esik (ls. előbb: 1-butén; 2-butén)
4. Szubsztituensek megnevezése; helyzetüket számmal kell megadni.
   

• Azokat a molekulákat, melyekben két kettős kötés található diéneknek (diolefinek) nevezzük.
  
  CH₂ = CH - CH = CH₂ 1,3-butadién
  
  
• Azokat a molekulákat, melyekben sok kettős kötés található poliéneknek (poliolefinek) nevezzük (pl. kaucsuk, karotinoidok).
  

Fizikai tulajdonság

• Halmazállapot: lehetnek gázok - cseppfolyós - szilárd halmazállapotúak a szénatomszám illetve a molekula alakja függvényében.
  
• Apolárosak; lehetnek polárosak is (cisz-izomer molekulán belül asszimetria van, aminek következtében dipólus kialakulhat).

Előállítás

• Ipari előállítás
  
  
  

  Kis mennyiségben földgázban és kőolajban megtalálhatók. Krakkolás után melléktermékként ún. krakkgázok keletkeznek, melyekben szintén megtalálhatók.

  
  
• Alkánok dehidrogénezésével (hidrogénátvivő katalizátorral).
  
  CH₃ - CH₂ - CH₃  CH₂ = CH - CH₃ (magas hőmérséklet; alacsony nyomás!)
  
  
  
• Alkil-halogenidekből dehidrohalogénezéssel.
  
  R - CH₂ -CH₂ - X R - CH = CH₂ ELIMINÁCIÓS REAKCIÓ
  
  (R - alkil-csoport; X - halogénatom; HX - hidrogén-halogenid)
  
  
• Dehidratálással alkoholokból.
  
  R - CH₂ - CH₂ - OH R - CH = CH₂ ELIMINÁCIÓS REAKCIÓ
  
  (elimináció: egy vagy több atom, illetve atomcsoport kilépése a molekulából)
  
  
  
• Vicinális ("szomszédos") dihalogén-származékokból.
  

Kémiai tulajdonságok

• Reakcióképesebbek, mint a paraffinok.
  
  
• Jellemző reakcióik:
  
  - addíció (két vagy több molekula egyesül; nem keletkezik óriásmolekula),
  - polimerizáció (azonos molekulák melléktermék nélküli egyesülése, melynek során óriásmolekula keletkezik).
  
  
• Halogénaddíció:
  
  CH₂ = CH₂ + Br₂ Br - CH₂ - CH₂ - Br
  1,2- dibróm-etán
  
  Savaddíció:
  
  A reakció során elvileg kétféle terméket kaphatnánk, de a tapasztalat azt mutatja, hogy csak egyféle halogénezett származék keletkezik, mégpedig a 2-klór-propán!
  
  

Markovnyikov-szabály:

Egy savnak egy alkán C = C kötésére történő addíciójakor a -H ahhoz a C-atomhoz kapcsolódik, amelyhez eleve több H-atom kapcsolódott!

• Vízaddíci
  
  
• Hidrogénaddíció
  
  
• Oxidáció
  Kormozó lánggal égnek.
  
  
• Polimerizáció

Diének, Poliének
(diolefinek, poliolefinek)

Homológsort alkotnak.

Általános képlet:

• diének: C_nH_2n-2; C_nH_2n-4(ciklusos),
  
• poliének: C_nH_2n+2-2x (ha nyílt láncú, és x a kettős kötések száma).

Elnevezés

• A molekula nevének végződése: -dién; poli…-én
  
• Triviális név: izoprén / kaucsuk, karotin (ez utóbbiak poliének!).
  
• IUPAC név: 2-metil-1,3- butadién.

Izoméria

• Konstitúciós
  
• Diéneknél n > 3 esetén.
  
• Poliéneknél van.
  
• Cisz-transz
  
  Mindkét esetben lehetséges.
  
  
• Optikai

Csoportosítás

• A kettős kötés száma szerint:
  
• diének
  
• poliének
  
• A kettős kötés elhelyezkedése szerint
  
• Kumulált (a kettős kötések egymás szomszédjában helyezkednek el)
  
  R₂ - C = C = C - R₂ (általános képlet)
  
  
• Izolált (a kettős kötések egymástól "távol" helyezkednek el)
  R₂ - C = CH - (CH₂)₄ - CH = C - R₂ (általános képlet)
  
  
• Konjugált {a kettős és az egyes kötések váltakozva helyezkednek el s így speciális delokalizált elektronokból álló kötésrendszer jön létre (fontos biológiai szerepet betöltő molekulák tartoznak ide!)}
  
  R₂ - C = CH - CH = C - R₂ (általános képlet)

Kémiai tulajdonságok

• Addíció
  
• Polimerizáció

Share this: