Алкены. Что нужно знать для решения заданий ЕГЭ по Химии.

Алкены - это непредельные ациклические углеводороды, которые имеют одну двойную(' = ') связь(пи-связь).
Алкены также имеют название олефины, которое берет начало с латинского названия "gaz olefiant"- "маслородный газ", которое впервые дано этилену из-за его способности образовывать при взаимодействии с хлором жидкое маслянистое вещество(хлористый этилен).

Изомерия:

- структурная(изомерия углеродного скелета);
- межклассовая(метамерия, алкены имеют такую же формулу классу, как и циклоалканы);
- изомерия положения кратной связи;
- пространственная(цис-, транс-изомерия).

Что такое цис и транс изомерия? Пи-связь(' = ') не имеет цилиндрической симметрии, и поворот относительно двойной связи приведет к разрыву кратной связи, поэтому свободное вращение вокруг двойной связи невозможно, и положение в пространстве заместителей при углеродных атомах, соединенных двойной связью четко фиксировано. Следствием этого является наличие у алкенов геометрической цис-транс изомерии.
Если заместители расположены по одну сторону от двойной связи(например, углеводородные радикалы, или галогены), то такое положение называется цис-изомерия(от лат. cis - "с одной стороны"), если по разные стороны - транс-изомерия(от лат. trans - "через").

Важно: Транс изомеры термодинамически более стабильны, чем цис-изомеры.

Часто встречающиеся радикалы:
- винил(CH₂═CHꟷ)
- аллил(CH₂═CHꟷCH₂ꟷ)

Характерный тип реакции: электрофильное присоединение(Ad_E)

В какие реакции вступают: присоединение, замещение, полимеризация, окисление, дегидрирование, гидрирование, гидратация, горение.

Именные реакции и правила:

• Правило Марковникова(только для НЕСИММЕТРИЧНЫХ алкенов): Атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода, а атом галогена(или группа -OH) - к наименее гидрогенизированному.
  CH₃ꟷCH═CH₂ + HBr → CH₃ꟷCH(Br)ꟷCH₃

• Правило Хараша(перекисный эффект): радикальное присоединение к двойной связи, в присутствии H₂O₂ реакция идет против правила Марковникова, то есть водород присоединяется к наименее гидрогенизированному атому углерода.
  CH₃ꟷCH═CH₂ + HBr → CH₃ꟷCH₂ꟷCH₂ꟷBr (условия реакции: перекись водорода)

• Правило Зайцева: при отщеплении воды и галогеноводородов наиболее легко отщепляется водород от соседнего наименее гидрогенизированного атома углерода.
  CH₃ꟷCH(OH)ꟷCH₂ꟷCH₃ → CH₃ꟷCH═CHꟷCH₃ + H₂O (условия реакции: t > 140, H₂SO₄(конц.))

• Реакция Вагнера(мягкое окисление):
  3CH₂═CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₂OHꟷCH₂OH + 2MnO₂ + 2KOH

• Реакция Гарриеса(озонолиз):
  CH₃ꟷCH═CH₂ + O₃ → озонид → CH₃COH + HCOH (условия реакции: цинковая пыль, вода)

• Реакция Львова(радикальное замещение(S_R)):
  CH₂ ═CHꟷCH₂ꟷCH₃ + Cl₂ → CH₂ ═CHꟷCH(Cl)ꟷCH₃ + HCl (условия реакции: облучение, 450 С)

• Реакция Циглера(получение полиэтилена низкого давления(ПЭНД)):
  nCH₂═CH₂ → …ꟷCH₂ꟷCH₂ꟷCH₂ꟷCH₂ꟷ…(условия реакции: 0,2 МПа, 100 С, kat - металлорганические соединения)

Какие классы органических веществ можно получить из алкенов:
- алканы(гидрирование);
- алкины(дегидрирование);
- одноатомные спирты(гидратация);
- двухатомные спирты(мягкое окисление перманганатом и водой);
- уксусный альдегид(каталитическое окисление этилена под действием хлорида палладия и t);
- карбоновые кислоты(жесткое окисление алкенов в присутствии серной кислоты и t)

Как обнаружить алкены в растворе:

• Бромная вода(Br₂). При добавлении Br₂ к алкену происходит обесцвечивание раствора: был красный - стал бесцветный(за счет разрыва кратной связи и присоединения брома).

• Окислители(перманганат калия, дихромат калия). При добавлении какого либо сильного окислителя, например, KMnO₄, происходит разрыв двойной связи и раствор меняет окраску: был розовый - стал бесцветный.

Специфические реакции
Алкены могут образовывать эпоксиды, вступать в реакцию с серной кислотой(с щелочами алкены НЕ реагируют, так как сами проявляют основные свойства).

• Образование эпоксидов: 2CH₂═CH₂ + O₂ → 2C₂H₄O (условия реакции: t 150-300 C, Ag)
  Важно: Оксид этилена(эпоксид) легко присоединяет воду, образуя двухатомный спирт этиленгликоль.

• Получение уксусного альдегида: 2CH₂═CH₂ + O₂ → 2CH₃COH (условия реакции: t, PdCl₂)

• Реакция с серной кислотой: CH₂═CH₂ + HꟷSO₄H → CH₃ꟷCH₂ꟷSO₄H (образуется этилсерная кислота)

• Реакция Виттига(процесс синтеза олефинов):

[(C₆H₅)₃PCH₃]Br(бромистый метилтрифенилфосфоний) + C₄H₉Li → (C₆H₅)₃P═CH₂(метилентрифенилфосфоран) + C₄H₁₀ + LiBr
(C₆H₅)₃P═CH₂ + O═CHꟷC₄H₉ → (C₆H₅)₃P═O(окись трифенилфосфина) + CH₂═CHꟷC₄H₉

Реакции из заданий ЕГЭ 2021:

1) Из предложенного перечня выберите два ряда веществ, каждое из которых не обесцвечивает бромную воду.
1) этан, этилен, ацетилен;
2) хлорэтан, пропан, бензол;
3) стирол, этилен, ацетилен;
4) толуол, 1,3-бутадиен, ацетилен;
5) бензол, циклогексан, 2-метилбутан.

Решение: В данном вопросе №13 из ЕГЭ нужно выбрать те варианты ответа, в которых должны быть предельные углеводороды, в молекулах которых нет кратных связей, это 25.

2) Установите соответствие между спиртом и исходным веществом, использованным для его получения:
СПИРТ
А) глицерин;
Б) изопропиловый спирт;
В) пропиловый спирт;
Г) этиленгликоль.

ИСХОДНОЕ ВЕЩЕСТВО
1) CH₃ꟷCH═CH₂
2) CH₂═CH₂
3) C₂H₅COH
4) C₆H₁₂O₆
5) CO
6) CH₃COH

Решение: глицерин, как и изопропиловый спирт получают из пропилена(реакцией Вагнера и гидратацией соответственно), пропиловый спирт можно получить из пропаналя(восстановление(+ H₂)), и этиленгликоль образуется из этилена мягким окислением в водной среде, ответ 1132.

3) Установите соответствие между названием вещества и продуктом, который преимущественно образуется при взаимодействии этого вещества с подкисленной серной кислотой раствором перманганата калия.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) бутен-2;
Б) пропен;
В) бутин-1;
Г) изопропилбензол.

ПРОДУКТ РЕАКЦИИ
1) 1,2-пропиленгликоль
2) пропановая кислота
3) бензойная кислота
4) бутановая кислота
5) уксусная кислота
6) бутанон

Решение: реакция вещества с серной кислотой и раствором перманганат калия является жестким окислением, которое приводит к разрыву кратной связи; бутен-2 и пропен образуют уксусную кислоту, окисление бутина-1 образует пропановую кислоту, изопропилбензол - бензойную кислоту, ответ 5523.

4) Установите соответствие между формулой спирта и продуктом, который преимущественно образуется при дегидратации этого спирта.
ФОРМУЛА СПИРТА
А) CH₃ꟷCH(OH)ꟷC₂H₅
Б) C₂H₅ꟷCH(OH)ꟷCH(CH₃)₂
В) C₂H₅ꟷC(CH₃)(OH)ꟷC₂H₅
Г) (CH₃)₂CHꟷCH₂ꟷCH(OH) ꟷCH₃

ПРОДУКТ РЕАКЦИИ
1) бутен-1
2) бутен-2
3) 2-метилпентен-2
4) 4-метилпентен-2
5) 3-метилпентен-2
6) 4-метилпентен-1

Решение: это задание не является сложным, главное нужно расписать эти соединения и все станет ясно; первое вещество - это бутанол-2, при его дегидратации образуется бутен-2; второе вещество - 4-метилпентанол-3, при отщеплении образует 4-метилпентен-2; третье - 3-метилпентанол-3, при отщеплении воды дает 3-метилпентен-2; последнее соединение - 4-метилпентанол-2, дегидратация которого приводит к появлению 4-метилпентена-2, ответ 2454.

5) Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются структурными изомерами пентена-1.
1) циклопентан;
2) пентадиен-1,3;
3) 2-метилбутан;
4) 2-метилбутен-2;
5) 3-метилбутин-1.

Решение: пентен-1 это представитель класса алкенов, которые, как ты помнишь, являются межклассовыми изомерами циклоалканов; исходя из этого факта можно с легкостью понять, какие ответы здесь верны - это циклопентан и 2-метилбутен-2, имеющий одинаковую количественную формулу с пентеном-1, ответ 14.

6) Задана следующая схема превращений веществ:
C₂H₄ → X → + H₂ → Y → CH₃COOH
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y.
1) этаналь;
2) этан;
3) этанол;
4) ацетон;
5) бромэтан.

Решение: первое вещество схемы - это этилен, из него в одну стадию можно получить этаналь(смотри реакцию образования уксусного альдегида выше), который, при восстановлении образует соответствующий этиловый спирт, или этанол, ответ 13.

7) Установите соответствие между названием вещества и продуктом, который преимущественно образуется при взаимодействии этого вещества с хлороводородом.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) бутан;
Б) бутен-1;
В) бутен-2;
Г) циклобутан.

ПРОДУКТ РЕАКЦИИ
1) 3-хлорбутан;
2) 2-хлорбутан;
3) не взаимодействуют;
4) 1-хлорбутан;
5) хлорциклобутан;
6) 1,2-дихлорбутан.

Решение: бутан не содержит кратных связей, поэтому не вступает в реакцию с хлороводородом; бутен-1 и бутен-2 образуют 2-хлобутан; циклобутан в реакции с HCl разрывает цикл и образует соединение 1-хлорбутан, ответ 3224.

Заключение:
Алкены вступают в реакции присоединения, при этом происходит разрыв кратной связи.
Алкены имеют общую формулу класса C_nH_2n, имеют межклассовый изомер - циклоалканы, гибридизация - sp2.
Олефины вступают в реакцию с водой, образуя спирты. Главные химические свойства: гидрирование, гидратация, полимеризация, окисление.