Alkene
Unter Alkenen (früher auch Olefine) versteht man Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen. Die Doppelbindung kann sich dabei an beliebiger Position befinden. Alkene sind ungesättigte Verbindungen im Gegensatz zu den Alkanen, bei denen alle Valenzen des Kohlenstoffatoms abgedeckt sind.
Die Alkene bilden eine homologe Reihe mit der allgemeinen Summenformel CnH2n beginnt mit dem Ethen. Der veraltete Name Olefine ergibt sich aus dem alten Namen Olefin von Ethen, da es mit Halogenen ölige, wasserunlösliche Flüssigkeiten bildet. Es gibt auch cyclische Alkene, die Cycloalkene, der wichtigste Vertretter dieser ist das Cyclohexen.
Alkene mit zwei Doppelbindungen nennt man Diene und Alkene mit drei Doppelbindungen nennt man Triene, allgemein werden diese Polyene genannt.
Eigenschaften
Alkene sind leichtflüchtige Stoffe. Von Ethen bis Buten sind sie gasförmig. Bis 15 Kohlenstoff-Atome sind die Alkene flüssig. Alkene mit mehr als 15 Kohlenstoffatomen sind fest. In Wasser sind Alkene unlöslich, sie verbrennen mit russender Flamme. Die Alkene sind reaktionsfreudig. Die schwache Doppelbindung bietet einen Angriffspunkt für Reagenzien.
Isomere
Neben der Isomerie, bei der die Kohlenstoffatomme unterschiedliche angeordnet sind, können bei Alkenen noch weitere Isomere auftreten.
Anordnung der Doppelbindung
Die Anordnung wird im Namen durch eine Zahl angegeben.
Beispiel:
cis/trans-Isomerie
Da die Doppelbindung, im Gegensatz zur Einfachbindung, nicht drehbar ist, kann es bei anhängenden Atomen oder Atomgruppen an der Doppelbindung zu zwei möglichen Anordnungen kommen.
| Bild fehlt noch | Bild fehlt noch |
| cis-Isomer | trans-Isomer |
cis/trans-Isomere unterscheiden sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Sie lassen sich über das Dipolmoment und über IR-Spektroskopie unterschieden.
Verwendung
Aufgrund der recht reaktiven Doppelbindung, sind Alkene wichtige Ausgangsstoffe für viele andere Grundstoffe der chemischen Industrie.
Alkene werden als Treibstoffe und zur Herstellung von Halogenwasserstoffen, Alkoholen und Ketonen, Glykolen und Olefinoxide, von Kunststoffen und Waschmittelkomponenten gebraucht. Propen wird zur Synthese verwendet von Glycerin, Phenol, Isopropylalkohol, Epoxyharzen oder zur isotaktischen Polymerisation bennötigt.
Herstellungsverfahren
Crackprozeß
Bei der Zerlegung von langkettigen Kohlenwasserstoffenn bei 1000°C (thermisches Cracken) entstehen neben Ethen noch andere Alkene und Diene.
Dehydrierung von Alkoholen
Unter Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure reagieren Alkohole unter Abspaltung der Hydroxdigruppe (-OH) und Abgabe von Wasser.
Reaktion: CH3-CH2-OH + H2SO4 -> CH2=CH2 + H2SO4 + H20
Typische Reaktionen
Der für Alkene typische Reaktionsmechanismus ist die Elektrophile Addition. Auf dieser Reaktion beruht auch die typische Nachweismethode für Alkene, die Bromwasserprobe. Gibt man Alkene oder andere ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit Brom zusammen, wird Brom an das Alken addiert und es tritt eine rasche Entfärbung des Gemisches ein.
Addition von Brom und Chlor
Addition von Halogenwasserstoffen
Ähnlich wie bei der Elektrophilen Addition von Halogenen an Alkenen, findet die Reaktion mit Halogenwasserstoffen statt.
Da das Molekül aus zwei verschiedenen Atomen besteht, gibt es bei unsymmetrischen Alkenen zwei mögliche Produkte. Allerdings ist die Anlagerung nicht beliebig, dann es gibt nach der Markownikoff-Regel eine bevorzugte Variante.
Regioselektive Reaktion - Markownikoff-Regel
Mit einer regioselektiven Reaktion, bezeichnet man eine chemische Veränderung, die vorzugsweise an einer von mehreren möglichen Stellen eintritt.
Bei Alkenen besagt die Markownikoff-Regel, dass bei der Anlagerung von Halogenwasserstoffen das Halogen bevorzugt an das Kohlenstoff wandert, das die wenigsten Wasserstoffatome besitzt.
Grund dafür ist, das Alkylgruppen als Elektornendonatoren wirken, das heißt sie begünstigen die Verteilung (Delokalisation) der positiven Ladung. Die Stabilität der positiven Carbeniumionen ist um so großer, je mehr Alkylgruppen an dem geladenen Kohlenstoffatom hängen. Deshalb ist ein tertiäres Carbeniumionen tsabiler als ein sekundäres und ein primäres.
Abweichungen von der Markownikoff-Regel treten bei der Reaktion von Allylverbindungen auf.
Reaktion mit konzentrierte Schwefelsäure
Die Anlagerung erfolgt nach der Markownikoff-Regel.
Technisch dient dieses Verfahren zur Darstellung von Alkoholen aus Alkenen. Alkylschwefelsäure sind durch Hydrolyse leicht in Alkohole überführen.
Reaktion mit Hypochloriger Säure
Diese Reaktion ist regioselektiv. Das Chloratom lagert sich an das C-Atom an, welches die meisten Wasserstoff-Atome trägt.
Ebenso läuft die Reaktion mit Nitrosylchlorid und Nitrosylbromid an Alkene anlagern.
Reaktion mit einem Oxidationsmittel
Die Oxidation erfolgt entweder mit Osmiumtetroxid oder mit alkalischer Kaliumpermanganatlösung.
Zuerst entsteht unter einer cis-Addition ein cyclisches Ester, die Hydrolyse führt zu Glykol.
Baeyer-Probe
Die Entfärbung einer Kaliumpermanganat-Lösung dient qualitativer Nahweis für C=C-Doppel-Bindungen. Dieser Nachweis ist nicht sehr spezifisch.
Epoxidation von Ethen
Mit Luft oder Sauerstoff und Silber als Katalysator erfolgt bei einer Temperatur von 220° bis 280°C und erhöhtem Druck eine Epoxidation.
Auf diesem Weg erfolgt die technische Darstellung von Eythlenoxid (Oxiran). Diese Methode ist bisher nicht auf höhre Alkane übetragbar.
Ozonierung von C=C-Doppelbindungen
Wenn Ozon in wasserfreies Alken geleitet wird, bilden sich Ozonide, die im trockenen Zustand explosiv sind.
Die Ozonolyse ist für die Ermittlung des Aufbaus einer Kohlenstoffkette eine wichtige Reaktion, da die Spaltprodukte Aufschluß über die Lage der Doppelbindung geben. DAs Ozon kann dunkle Entladung aus Luftsauerstoff in einem Ozonisator erzeugt werden.
Katalytische Hydrierung
Die Hydrierung, das heißt das Aufbrechen der Doppelbindung und Anlagerung von Wasserstoff, mit Hilfe eines Katalystors. Die Reaktion erfolgt bei Raumtemperatur in Gegenwart von Platin oder Palladium, das mit Wasserstoff gesättigt ist.
Polymerisation
Eine der wichtigsten Umsetzungsreaktion der Alkene und ihrer Verbindungen (Derivate) ist die Polymerisation. Die Kettenbildung erfolgt unter einer Aufspaltung der Doppelbindung und einer Verküpfung unter Zusammensetzung dieser Elektronen für neue Einfachbindungen. Ein wichtgies Polymer ist das Polyethen, sowie die die halogenierten Polyvinylchlorid (PVC) und Tetrafluorethen (Teflon).
Literatur
- Beyer, Walter: Lehrbuch der organischen Chemie. S. Hirzel-Verlag, Stuttgart, 1991
- Vollhardt: Organische Chemie. VCH, Weinheim, 1990