Теплоты гидрирования дают информацию об относительной устойчивости алкенов. Для сравнения устойчивости алкенов нужно сопоставить теплоты гидрирования различных алкенов для одного и того же алкана в равных условиях.

Например, сравним теплоты гидрирования 1-бутена,               цис-2-бутена и транс-2-бутена. В реакциях поглощается 1 моль водорода и образуется один и тот же продукт – н-бутан.

При гидрировании транс-изомера выделяется на 4 кДж/моль энергии меньше, чем при гидрировании цис-изомера. Это означает, что содержание энергии в нем на 4 кДж/моль меньше, т.е. другими словами, транс-изомер на 4 кДж/моль устойчивее цис-изомера. В транс-изомере два объёмистых заместителя расположены по разные стороны от двойной связи, пространственные препятствия меньше, чем в случае цис-изомера. В свою очередь, оба геометрических изомера 2-бутена более устойчивы, чем 1-бутен.

Сравним теплоты гидрирования (кДж/моль) алкенов, которые при взаимодействии с водородом дают 2-метилбутан.

Различие в теплотах гидрирования обусловлено их различной устойчивостью.

Чем больше степень алкилирования атомов углерода при двойной связи, тем более устойчив алкен:

Различная устойчивость алкенов может быть объяснена неодинаковой возможностью распределения электронной плотности в молекулах с различным числом метильных групп при углеродах у двойной связи. Электроны s-связи углерод – водород метильной группы частично перекрываются с электронами p-связи (гиперконъюгация). Такое электронное взаимодействие ведет к уменьшению энергии молекулы.

К объяснению изменения устойчивости алкенов в приведенном ряду также может быть привлечено представление о различии энергий и длин связей, образованных sp ³- и sp ²-гибридизованными атомами углерода.

В 2-бутене имеются две более короткие и более прочные         s-связи С_{sp 3}–С_{sp 2} , а в 1-бутене – только одна такая связь.

Окисление

Окисление без разрыва углерод-углеродной связи.

Характер окисления алкенов зависит от используемого окислителя и условий реакции. Действие окислителя, который является электрофилом, всегда направлено в место повышенной электронной плотности - на атомы углерода, связанные двойной связью. При действии холодного раствора перманганата калия (слабый окислитель) разрывается только p-связь и образуется две s-связи с кислородом (реакция Вагнера).

Каталитическое окисление алкенов над серебром приводит к алкоксидам.

Действие другого мягкого окислителя - надкислоты - также приводит к образованию алкоксидов (реакция Н. А. Прилежаева).

Окисление с разрывом углерод-углеродной связи.

Под влиянием сильного окислителя ( КМnO₄, Н^Å ) разрывается не только p-, но и s-связь, разрушается углеродный скелет. В продуктах окисления все связи атомов углерода фрагмента >С=С<, кроме связей с соседними алкильными группами, насыщены кислородом:

Концевая группа =СН₂ окисляется до оксида углерода и воды.

Озонолиз (озонирование и последующий гидролиз озонида) проводится в две стадии: присоединение озона по двойной связи с образованием озонида и гидролиз полученного озонида в присутствии восстанавливающего агента, например, цинковой пыли. Восстановитель необходим для связывания пероксида водорода, который может реагировать с альдегидами.

Озонолиз является методом определения структуры неизвестного алкена путём разрушения его на несколько меньших фрагментов, которые легко идентифицируются. Зная строение полученных альдегидов и кетонов, можно установить структуру исходного алкена.

Окисление алкенов в присутствии солей палладия (Вакер-процесс). Алкены окисляются кислородом в присутствии солей палладия и меди.

Этот способ является промышленным способом получения ацетальдегида. Окисление других алкенов идет по наименее гидрогенизированному атому углерода.

Полимеризация алкенов

Полимер - это макромолекула, состоящая из очень большого числа повторяющихся звеньев. Он образуется путем последовательного присоединения малых молекул, называемых мономерами.

Полимер, получаемый из одинаковых мономеров, называется гомополимером, а полученный из двух различных мономеров - сополимером или гетерополимером.

Полимер представляет собой смесь молекул с разной молекулярной массой, которая колеблется в определенных пределах. Полимеры содержат "концевые группы", которые отличаются от повторяющихся звеньев.

Концевые группы представляют собой незначительную часть полимера, поэтому их характер не учитывается при рассмотрении свойств полимера.

Катионнаяполимеризация

Катионная полимеризация протекает под действием кислот Льюиса (Н⁺, А1С1₃, BF₃) по механизму, сходному с механизмом электрофильного присоединения по двойной связи. На первой стадии протон (или другая кислота) присоединяется к алкену, образуя карбокатион.

Затем другая молекула алкена вступает в реакцию за счет электронной пары двойной связи, и образуется карбокатион с более длинной цепью.

Далее процесс многократно повторяется и образуется карбокатион с высокой молекулярной массой. Эта цепь, в конце концов, может оборваться из-за разрушения катионного центра по какой-либо причине, например, из-за отрыва протона.

Изобутилен легко полимеризуется по катионному механизму, поскольку содержит электронодонорные алкильные группы.

Цепь полиизобутилена формируется таким образом, что на ее конце образуется наиболее стабильный карбокатион. Поэтому присоединение происходит упорядоченно - "голова к хвосту".

В условиях, близких к безводным, образуется полимер с очень длинной цепью. В присутствии серной кислоты с массовой долей 60 % изобутилен дает смесь димеров. Обрыв цепи происходит после соединения двух молекул изобутилена, промежуточный карбокатион теряет протон, отдавая его воде прежде, чем успеет прореагировать со следующей молекулой алкена. Вода выступает в роли основания, забирая протон у карбокатиона димера.

Можно ожидать, что 2,4,4-триметил-2-пентен благодаря центральному расположению двойной связи более устойчив, чем 2,4,4-триметил-1-пентен, имеющий концевую двойную связь. Однако в данном конкретном случае наличие объёмистой трет-бутильной и метильной групп в цис-положении у соседних атомов углерода создаёт пространственные затруднения образованию алкена:

Гидрирование 2,4,4-триметил-1-пентена и 2,4,4-триметил-2-пентена приводит к 2,2,4-триметилпентану (изооктану), используемому в качестве топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Для изооктана принята стандартная антидетонационная характеристика (октановое число), равная 100 (октановое число            н-гептана - 0).

Анионная полимеризация.

При анионном механизме полимеризация алкена инициируется атакой нуклеофильного реагента (NaNH₂, NaOC₄H₉-н) по одному из концов двойной связи.

В этом примере амид-анион NH₂^– - нуклеофил атакует двойную связь акрилонитрила, возникающий карбанион стабилизирован делокализацией отрицательного заряда между атомом углерода и соседней электроноакцепторной группой –Сº N.

Если промежуточный анион окажется достаточно устойчивым, происходит его присоединение к другой молекуле алкена.

Растущая цепь может оборваться при любой реакции, которая приведёт к исчезновению отрицательного заряда на конце цепи.

Простые алкены, не имеющие электроноакцепторных заместителей, не присоединяют анионы и не образуют устойчивых карбанионов.

Свободнорадикальная полимеризация.

Этилен может полимеризоваться в присутствии пероксидов при высоком давлении и повышенной температуре.

Обрыв цепи происходит вследствие рекомбинации

или диспропорционирования радикалов.

Полиэтилен содержит в углеводородной цепи 100-1000 звеньев этилена. Он обладает рядом ценных свойств и широко используется в производстве упаковочной плёнки, для изготовления большого числа изделий методом литья и формования.

При свободнорадикальной полимеризации несимметричного алкена растущий конец полимера представляет собой наиболее стабильный радикал, полимеризация идёт по типу “голова к хвосту”.

Пропилен и изобутилен не полимеризуются по свободнорадикальному механизму.

Координационнаяполимеризация осуществляется с помощью катализаторов Циглера-Натта. Наиболее распространённый из них - комплекс триэтилалюминия с хлоридом титана Al(C₂H₅)·TiCl₄.      С помощью таких катализаторов мономер внедряется в связь между металлом М и растущей полимерной цепью.

В полипропилене, который получают без этого катализатора, метильные группы расположены беспорядочно относительно основной полимерной цепи. Такой полимер называется атактическим.

Катализатор Циглера-Натта позволяет получать полипропилен, в котором метильные группы расположены упорядоченно по обеим сторонам полимерной цепи (синдиотактический).

Кроме того, можно получать полипропилен, в котором все метильные группы расположены по одну сторону от основной полимерной цепи (изотактический).