Telítetlen szénhidrogének

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: C_nH_2n

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: C_nH_2n-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: C_nH_2n-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: C_nH_2n + 3n/2 O₂ = n CO₂ + n H₂O

Égési reakciók:

C₂H₄+3O₂=2CO₂+2H₂O

2C₂H₂+5O₂=4CO₂+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:

2CH₄^C₂H₂+3H₂