A telítetlen szénhidrogének csoportjába számos vegyülettípus tartozik, többek között az alkének, alkadiének, poliének vagy épp az alkinek.
Elnevezés, felépítés:
Az alkének (vagy más néven olefinek) csoportjába olyan szénhidrogének tartoznak,
melyeknek molekulájában egy kettő kötés található. Elnevezésük az alkánoknál hasonló, a
szénatomszám megfelelőjén alapszik, csak itt –én végződést adunk hozzá. A kettős kötés
helyét az „-én” végződés előtt számmal adjuk meg. A főláncnak tartalmaznia kell a kettős
kötést, és ennek a lehető legkisebb számot kell kapnia (tehát a kötéshez közelebb eső végtől
számozzuk a szénatomokat).
Általános összegképlet: CnH2n
Például: etén
Az alkadiének (diolefinek) molekuláiban 2 db kettős kötés található. Elnevezésükre ugyanaz igaz, mint az alkéneknél, csak náluk az –én végződést –dién-re kell cserélni. Általános összegképlet: CnH2n-2
Például: buta-1,3-dién; izoprén
A kettős kötések helyzete alapján csoportosíthatjuk őket:
- kumulált dién: a kettős kötések közvetlenül egymás mellett helyezkednek el
- izolált dién: a két kettős kötés között legalább kettő, vagy több egyszeres kötés van
- konjugált dién: két kettős kötés között egyetlen egyszeres kötés van
A poliének (poliolefinek) sok kettős kötést tartalmazó, rendszerint hosszú szénláncú szénhidrogének. Például: kaucsuk, likopin, karotin.
Az alkinek pedig olyan telített szénhidrogének, melyek molekuláiban egy szén-szén közötti
hármas kötést találunk. Elnevezésük az alkénekhez hasonlóan történik, csak itt –in
végződést kapnak.
Általános képlet: CnH2n-2
Legfontosabb képviselőjük az etin (acetilén)
A telítetlen szénhidrogénekre jellemző a konstitúciós és a cisz-transz izoméria.
A konstitúciós izomerek azonos összegképletű molekulák, de atomjaik kapcsolódási sorrendje eltérő.
Cisz-transz izoméria:
A térizoméria egy fajtája, minden olyan alkénből, amelynek molekulájában mindkét kettős kötésű szénatomhoz két különböző ligandum kapcsolódik, két geometriai izomer létezik. A cisz izomerben a nagyobb térkitöltésű ligandumok közel, a transzban pedig távol vannak.
Tulajdonságok:
Alkének:
A homológ sor első 3 tagja gáz halmazállapotú, a 10. tagig folyékonyak, fölötte szilárdak. Forráspontjuk hasonlóan az alkánokhoz, változik a szénatomszám növekedésével. Olvadáspontjuk magasabb az azonos szénatomszámú alkánokhoz képest, de más szénhidrogénekhez viszonyítva alacsony a gyenge diszperziós kölcsönhatások miatt.
Apoláris molekulák, apoláris oldószerekben oldódnak jól.
Az etén színtelen, édeskés szagú, levegőnél kisebb sűrűségű gáz.
Diének:
A buta-1,3-dién színtelen, jellegzetes szagú, könnyen csepfolyósodó gáz.
Az izoprén színtelen, alacsony forráspontú folyadék.
Poliének:
Többségük izoprénegységek összekapcsolódásával jön lérte, két jellegzetes csoportra tagolhatók: terpenoidok és karotinoidok.
Terpenoidok:
Alapvegyületeik a terpének, nincs bennük konjugált kettős kötés, ezért általában nem színesek. Jellemzőek növényi illatanyagokban, de például ide soroljuk a kaucsukot is, mely 8-30.000 egységből áll. a
A kaucsuk molekulájában a szénlánc a kettős kötések mentén végig cisz helyzetű. A kaucsuk nyúlós, képlékeny, hőhatásokra érzékeny anyag. Nem rugalmas, mivel a molekulák között csak gyenge diszperziós erők hatnak. A gumi előállítását vulkanizálással végzik (kénport adnak hozzá és hevítik). Ha a kéntartalom meghaladja a 30%-ot, ebonit képződik, ami már nem nyújtható.
Karotinoidok:
Konjugált kettőskötés-rendszert tartalmazó molekulák, színes vegyületek, fény hatására gerjesztett állapotba jönnek ugyanis a π-elektronok. Nevét a karotinról (C40H56) kapta, melynek izomerje például a piros színű likopin. Állati szervezetekben jelen lévő karotinoid például az A-vitamin.
Alkinek:
Az etinmolekula lineáris, 180°-os kötésszöggel, mert az atomtörzsek egyenes mentén helyezkednek el. A molekula apoláris, apoláris oldószerekben oldódik jól.
Az etin színtelen, szagtalan gáz, vízben rosszul oldódik. Nagy nyomás hatására robbanhat.
Reakciók:
Égés:
Kormozó lánggal égnek, az etin a levegővel robbanóelegyet is alkot. Alkén általános reakcióegyenlete: CnH2n + 3n/2 O2 = n CO2 + n H2O
Égési reakciók:
C2H4+3O2=2CO2+2H2O
Addíció:
Jellemző reakciójuk az addíció. Addíciós reakció során két vagy több molekula egyetlen molekulává egyesül melléktermék keletkezése nélkül! Addíció végbemehet hidrogénnel, halogénnel, hidorgén-halogeniddel vagy vízzel is.
CH2=CH2 + H2 CH3-CH3
CH2=CH2 + Br2 CH2BR-CH2Br
CH2=CH2 + HCl CH3-CH2Cl
CH2=CH2 + H2O CH3-CH2-OH
Az etén addíciójakor a Markovnyikov-szabály nem lép életbe, mely azt mondja ki, hogy hidrogéntartalmú vegyületek addíciójakor a hidrogén mindig ahhoz a kötésben résztvevő szénatomhoz kapcsolódik, ami már eredetileg is több hidrogénnel rendelkezett. A Zajcev-szabály értelmében pedig eliminációkor mindig arról szakad le hidrogén, amelyiken kevesebb van. Egyéb, pl. nagyobb szénatomszámú vagy többszörösen telítetlen vegyületeknél már a Markovnyikov- és Zajcsev-szabályokat is alkalmazni kell! A poliének addíciójakor a fényelnyelés megváltozása miatt színváltozást észlelhetünk!
Buta-1,3-dién részleges addíciója:
CH2=CH-CH=CH2 + Br2 = CH2Br-CHBr-CH-CH2
= CH2Br-CH=CH-CH2Br
teljes addíciója:
CH2=CH-CH=CH2 + 2 Br2 = CH2Br-CHBr-CHBr-CH2Br
Etin addíciója:
C2H2 + H2 = CH2=CH2 CH2=CH2 + H2 = CH3-CH3 C2H2 + Br2 = CHBr=CHBr
C2H2 + HCl = CH2=CH-Cl (vinil-klorid)
C2H2 + H2O = CH2=CH-OH (vinil-alkohol) CH3-CH=O (acetaldehid)
Etin sóképzése: (cseppfolyós ammóniában oldott nátriummal)
C2H2 + 2 Na 2 Na+ + –│C–=C│– + H2
Polimerizáció:
Szintén az etén reakciója a polimerizáció. Katalizátorok hatására a π-kötések felszakadnak és a molekulák egymással kapcsolódva óriásmolekulákat hoznak létre. A polimerizáció során sok kis moláris tömegű telítetlen vegyület azonos molekulái egyesülnek melléktermék képződése nélkül!
n CH2=CH2 -[CH2-CH2]-
Izoprén polimerizációja:
n CH2=C-(CH3)-CH=CH2 -[CH2-C-(CH3)=CH-CH2]- n
Vinil-klorid polimerizációja:
n CH2=CH-Cl -[CH2-CH-Cl]- n
Előfordulás, előállítás, felhasználás:
Az etén jóval kisebb mennyiségben fordul elő a természetben, de a kőolaj és földgáz tartalmaz belőle is valamennyit. Nagyon fontos műanyagipari alapanyagnak számítanak.
Az ipar magas forráspontú kőolajpárlatok krakkolásával állítja elő, laborban etanolból eliminációval lehet előállítani, tömény kénsavat használva katalizátor gyanánt:
CH3-CH2-OH CH2=CH2 + H2O
A buta-1,3-diént a kőolaj feldolgozása során nyerhető butánból dehidrogénezéssel állítják elő. Az 1,4-polimerizációval nyert polibutadién a műkaucsuk, műgumi alapanyaga. Az izoprén 1,4-típusú polimerizációjával nyert cisz szerkezetű poliizoprén a természetes kaucsuk.
Etin:
A természetben nem fordul elő, nagy reakcióképessége végett. Oxigénnel keverve 2000 °C-nál is magasabb hőmérsékletű lehet a lángja, hegesztésre és lángvágásra használják. Alapanyaga a műkaucsuk, műszál, etilalkohol és ecetgyártásnak, bár az olcsóbb etént gyakrabban használják e célra.
Laboratóriumi előállítása:
CaC2 + 2 H2O C2H2 + Ca(OH)2
Ipari előállítása:
2CH4C2H2+3H2