Алкены — это ненасыщенные углеводороды, содержащие одну или несколько двойных связей между атомами углерода (C=C). Двойная связь состоит из σ- и π-связи. σ-связь формируется перекрыванием орбиталей вдоль оси связи, обладает высокой прочностью и стабильностью. π-связь образуется боковым перекрыванием p-орбиталей и менее устойчива, что делает её реакционноспособной.
Электронная плотность π-связи выше над и под плоскостью молекулы, что создаёт активные центры для электрофильного присоединения. Геометрически двойная связь фиксирует конфигурацию атомов вокруг неё, обеспечивая цис- и транс-изомерию.
Алкены активно вступают в реакции электрофильного присоединения, так как π-электроны легко атакуются электрофильными реагентами.
Галогенирование: [ R-CH=CH-R’ + X_2 → R-CHX-CHX-R’] Присоединение брома или хлора идёт через образование циклического ионного промежуточного состояния (бромониевого или хлородониевого иона). Цветная реакция брома используется для качественного обнаружения двойной связи.
Гидрогалогенирование: [ R-CH=CH-R’ + HX → R-CHX-CH_2-R’] Следует правилу Марковникова: атом водорода присоединяется к углероду, на котором больше водородов, а галоген — к более замещённому углероду.
Гидратация: [ CH_2=CH_2 + H_2O CH_3-CH_2OH] Проходит по электрофильному механизму с образованием карбокатионного промежуточного состояния. В промышленности широко используется в производстве этанола.
Гидрирование: [ R-CH=CH-R’ + H_2 R-CH_2-CH_2-R’] Каталитическое присоединение водорода насыщает двойную связь, превращая алкен в алкан. Процесс важен для получения насыщенных углеводородов из ненасыщенных.
Мягкое окисление (с оксидантами типа KMnO₄ холодного раствора): [ R-CH=CH-R’ + [O] → R-CHOH-CHOH-R’] Образуются гликоли (диолы). Реакция используется для качественного обнаружения ненасыщенных связей.
Сильное окисление (горячий KMnO₄ или O₃):
Алкены способны к полимеризации через радикальный, ионный или катализаторный механизмы. Например, этилен под действием катализаторов образует полиэтилен: [ n CH_2=CH_2 → [-CH_2-CH_2-]_n] Полимеры алкенов обладают огромным промышленным значением — от упаковочных материалов до синтетических волокон и резины.
Двойная связь легко образует карбокатионные промежуточные состояния, что объясняет высокую реакционную способность алкенов. Карбокатионы стабилизируются алкильными заместителями за счёт гиперконъюгации и индуктивного эффекта, что определяет направление присоединения в реакциях гидрогалогенирования и гидратации.
Алкены могут вступать в реакции циркулярного присоединения, формируя циклопропаны, или в реакции [2+2]-циклоприцикления с использованием фотохимических условий. Эти реакции имеют значение в синтезе сложных органических соединений, фармацевтических и ароматических соединений.
Химические реакции алкенов формируют основу синтетической органической химии и нефтехимии, обеспечивая превращение простых углеводородов в широкий спектр ценных продуктов, включая пластмассы, растворители, спирты и химические промежуточные соединения.