الالكينات
الصيغة العامة CnH2n
الألكين في الكيمياء العضوية هو هيدروكربون غير متشبع يحتوى على الأقل رابطة واحدة ثنائية بين ذرتي كربون. تكون الألكينات البسيطة التى تحتوى على رابطة واحدة مزدوجة سلسلة متجانسة, والألكينات لها المعادلة العامة CnH2n.
أبسط الألكينات هو الذى يعرف بإسم "إثيلين" بينما الإسم الرسمية له طبقا للإتحاد الدولي للكيمياء والكيمياء التطبيقية (IUPAC) يسمي إثين.
شكل الألكينات
كما هو منوقع طبقا لهندسة الجزيء فإنه يحدث تنافر بين زوج الإلكترونات (شاهد "الرابطة التساهمية"), وبالتالى فإن الزاوية بين ذرتي الكربون في الرابطة المزدوجة ستكون 120°, وقد تصبح الزاوية أكبر طبقا للإجهاد الواقع من التفاعلات الغير إرتباطية التى تحدث من المجموعات المرتبطة بذرة الكربون. فمثلا الزاوية بين C-C-C في البروبين (البروبيلين) تبلغ 123.9123.9°. (شاهد أيضا: هندسة جزيئية)
الهندسة الجزيئية للرابطة المزدوجة بين ذرتي كربون
مثل الرابطة التساهمية الأحادية, فإنه يمكن وصف الرابطة المزدوجة بكيفية التداخل الحادث بين المدارات الذرية, فيما عدا أنه بعكس الرابطة الأحادية (والتى تتكون من رابطة سيجما واحدة), فإن الرابطة المزدوجة بين الكربون تتكون من رابطة سيجما ورابطة باي.
تستعمل كل ذرة كربون في الرابطة المزدوجة مداراتها sp2 المهجنة لتكون رابطة سيجما لثلاث ذرات أخرى. بينما المدارات الذرية 2p الغير مهجنة, والتى تقع عموديا على مستوى المتكون من محاور مدارات sp2 المهجنة, لتكوين رابطة باي.
ونظرا لأنه يتطلب كمية كبيرة من الطاقة لكسر الرابطة باي (264 كيلو جول لكل مول في الإثيلين), فإن الدوران حول الرابطة كربون-كربون المزدوجة صعب للغاية ومقيد بشدة.
الخواص الفيزيائية
تقريبا مثل الألكانات.
تعتمد الحالة الفيزيائية على الكتلة الجزيئية.
الخواص الكيميائية
الألكينات بصفة عامة مركبات ثابتة, ولكنها أنشط من الألكانات.
تصنيع الألكينات
أكثر الطرق الصناعية شيوعا لتصنيع الألكينات هى تكسير البترول.
يمكن تصنيع الألكينات من الكحولات خلاف تفاعلات النزع والتى يتم فيها نزع جزيء ماء من الجزيء:
H3C-CH2-OH + H2SO4 → H3C-CH2-O-SO3H + H2O → H2C=CH2 + H2SO4.
التصنيع الحفزي للألكينات الكبيرة من النوع α-ألكين والتى يمكن الحصول عليها من تفاعل الإثيلين مع ثلاثي إثيل الألومنيوم, مركب عضوي فلزي في تواجد النيكل, أو الكوبالت, أو البلاتين.
تفاعلات الإضافة
إضافة حفزية للهيدروجين
الهدرجة الحفزية للألكينات تنتج الألكان المقابل. يتم التفاعل تحت الضغط في وجود عامل حفز فلزي. ومن الحفازات الصناعية الشائعة الإستخدام البلاتين, النيكل, البلاديوم, وذلك للإستخدام في المعامل. وغالبا ما يستخدم نيكل راني, وهو سبيكة من النيكا والألومنيوم.
المعادلة القادمة توضح هدرجة الإثيلين للحصول على الإيثان:
CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3.
إضافة شغوفة بالإلكترونات
معظم تفاعلات الإضافة للألكينات تتبع آلية تشابه الإضافة الشغوفة بالإلكترونات.
الهلجنة:إضافة البروم, أو الكلور في حالتهم العنصرية إلى الألكينات وينتج ثنائي برومو فيسينال ، وثنائي كلورو ألكين, بالترتيب. وعملية نزع الكلور من محلول البروم في الماء هى طريقة تحليلية لإختبار وجود الألكين:
CH2=CH2 + Br2 → BrCH2-CH2Br
وهذه هى آلية التفاعل:
ويسير التفاعل بسبب الكثافة الإلكترونية العالية الموجودة على الرابطة الثنائية والتى تسبب إرزاحة مؤقتة للإلكترونات في الرابطة B-B مما يسبب حث مؤقت ثنائى القطب. وهذا يجعل Br يقترب من الرابطة الثنائية الموجبة وعند ذلك يحدث هيدروهلجنة محبة للإلكترونات: إضافة حمض هيدروهاليد مثل HCl أو HBr للألكين وينتج الهالو ألكان المقابل. .
CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CHBr- ولو أن ذرتي الكربون عند الرابطة الثنائية مرتبطتان لعدد مختلف من ذرات الهيدروجين, فإن الهالوجين يتجه لذرة الكربون التى بها عدد ذرات هيدروجين أقل (قاعدة ماركونيكوف).
وألية التفاعل:
إضافة الكربين أو الكاربينويد ينتج البروبان الحلقي المقابل.
الأكسدة
في وجود الأكسجين, تحترق الألكينات بلهب لامع لتنتج ثاني أكسيد الكربون, وماء.
الأكسدة الحفزية بالأكسجين أو التفاعل مع البيروكسيد ينتج الإيبوكسيد.
التفاعل مع الأوزون يؤدى لكسر الرابطة المزدوجة, وينتج إثنين ألدهيد أو كيتون
R1-CH=CH-R2 + O3 → R1-CHO + R2-CHO + H2O
هذا التفاعل يمكن إستخدامه لتحديد مكان الرابطة المزدوجة في الألكين.
البلمرة
بلمرة الألكينات تفاعل له أهمية إقتصادية, ونتيجة التفاعل هى البوليمرات ذات القيمة الصناعية الكبيرة, ومن نواتجد عملية البلمرة اللدائن مثل البولي إثيلين, البولي بروبيلين. ويمكن أن تتم عمليات البلمرة بعدة طرق منها طريقة الجذر الحر, أو الطريقة الأيونية. (لمزيد من التفاصيل شاهد البلمرة).
تسمية الألكينات
تسمية IUPACلمعرفة الأسم الأصلى للألكينات, يتم تغير المقطع "ان" في الألكانات إلى المقطع "ين". فمثلا CH3-CH3 هو الإيثان, وعلى هذا فإن اسم CH2=CH2 سيكون إثين.
وبالنسبة للألكينات الأعلى حيث يوجد عديد من المتزامرات (isomers) وتتواجد في أماكن مختلفة من الرابطة المزدوجة فيتم إتباع النظام الآتي:
ترقيم أطول سلسلة كربونية بالطريقة التى تجعل الرابطة المزدوجة تأخذ أقل الأرقام.
تحديد موضع الرابطة المزدوجة بموضع ذرة الكربون الأولة فيها.
يتم تسمية التفرعات أو المستبدلات بطريقة مماثلة للألكانات.
يتم كتابة أرقام التفرعات, وتسمية المجوعات المستبدلة, تحديد رقم الرابطة المزدوجة, ثم تسمية السلسلة الرئيسية.
CH3CH2CH2CH2CH==CH2
6 5 4 3 2 1
1-هيكسين CH3
|
CH3CH2CH2CH2CH==CH2
6 5 4 3 2 1
4-ميثيل-1-هيكسين CH3
|
CH3CH2CH2CH2CH==CH2
6 5 4 3 |2 1
CH2CH3
2-ميثيل-4-ميثيل-1-هيكسين
أسماء شائعة
بالرغم من أن تسمية IUPAC هى الأكثر دقة في تسمية الألكينات, إلا أنه توجد بعض الأسماء الشائعة الإستخدام مثل :
CH2="CH2" CH3CH="CH2" CH3C(CH3)="CH2"
اسم IUPAC: إثين بروبين 2-ميثل بروبين
الإسم الشائع: إثيلين بروبيلين أيزو بيوتيلين
الصيغة العامة CnH2n
الألكين في الكيمياء العضوية هو هيدروكربون غير متشبع يحتوى على الأقل رابطة واحدة ثنائية بين ذرتي كربون. تكون الألكينات البسيطة التى تحتوى على رابطة واحدة مزدوجة سلسلة متجانسة, والألكينات لها المعادلة العامة CnH2n.
أبسط الألكينات هو الذى يعرف بإسم "إثيلين" بينما الإسم الرسمية له طبقا للإتحاد الدولي للكيمياء والكيمياء التطبيقية (IUPAC) يسمي إثين.
شكل الألكينات
كما هو منوقع طبقا لهندسة الجزيء فإنه يحدث تنافر بين زوج الإلكترونات (شاهد "الرابطة التساهمية"), وبالتالى فإن الزاوية بين ذرتي الكربون في الرابطة المزدوجة ستكون 120°, وقد تصبح الزاوية أكبر طبقا للإجهاد الواقع من التفاعلات الغير إرتباطية التى تحدث من المجموعات المرتبطة بذرة الكربون. فمثلا الزاوية بين C-C-C في البروبين (البروبيلين) تبلغ 123.9123.9°. (شاهد أيضا: هندسة جزيئية)
الهندسة الجزيئية للرابطة المزدوجة بين ذرتي كربون
مثل الرابطة التساهمية الأحادية, فإنه يمكن وصف الرابطة المزدوجة بكيفية التداخل الحادث بين المدارات الذرية, فيما عدا أنه بعكس الرابطة الأحادية (والتى تتكون من رابطة سيجما واحدة), فإن الرابطة المزدوجة بين الكربون تتكون من رابطة سيجما ورابطة باي.
تستعمل كل ذرة كربون في الرابطة المزدوجة مداراتها sp2 المهجنة لتكون رابطة سيجما لثلاث ذرات أخرى. بينما المدارات الذرية 2p الغير مهجنة, والتى تقع عموديا على مستوى المتكون من محاور مدارات sp2 المهجنة, لتكوين رابطة باي.
ونظرا لأنه يتطلب كمية كبيرة من الطاقة لكسر الرابطة باي (264 كيلو جول لكل مول في الإثيلين), فإن الدوران حول الرابطة كربون-كربون المزدوجة صعب للغاية ومقيد بشدة.
الخواص الفيزيائية
تقريبا مثل الألكانات.
تعتمد الحالة الفيزيائية على الكتلة الجزيئية.
الخواص الكيميائية
الألكينات بصفة عامة مركبات ثابتة, ولكنها أنشط من الألكانات.
تصنيع الألكينات
أكثر الطرق الصناعية شيوعا لتصنيع الألكينات هى تكسير البترول.
يمكن تصنيع الألكينات من الكحولات خلاف تفاعلات النزع والتى يتم فيها نزع جزيء ماء من الجزيء:
H3C-CH2-OH + H2SO4 → H3C-CH2-O-SO3H + H2O → H2C=CH2 + H2SO4.
التصنيع الحفزي للألكينات الكبيرة من النوع α-ألكين والتى يمكن الحصول عليها من تفاعل الإثيلين مع ثلاثي إثيل الألومنيوم, مركب عضوي فلزي في تواجد النيكل, أو الكوبالت, أو البلاتين.
تفاعلات الإضافة
إضافة حفزية للهيدروجين
الهدرجة الحفزية للألكينات تنتج الألكان المقابل. يتم التفاعل تحت الضغط في وجود عامل حفز فلزي. ومن الحفازات الصناعية الشائعة الإستخدام البلاتين, النيكل, البلاديوم, وذلك للإستخدام في المعامل. وغالبا ما يستخدم نيكل راني, وهو سبيكة من النيكا والألومنيوم.
المعادلة القادمة توضح هدرجة الإثيلين للحصول على الإيثان:
CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3.
إضافة شغوفة بالإلكترونات
معظم تفاعلات الإضافة للألكينات تتبع آلية تشابه الإضافة الشغوفة بالإلكترونات.
الهلجنة:إضافة البروم, أو الكلور في حالتهم العنصرية إلى الألكينات وينتج ثنائي برومو فيسينال ، وثنائي كلورو ألكين, بالترتيب. وعملية نزع الكلور من محلول البروم في الماء هى طريقة تحليلية لإختبار وجود الألكين:
CH2=CH2 + Br2 → BrCH2-CH2Br
وهذه هى آلية التفاعل:
ويسير التفاعل بسبب الكثافة الإلكترونية العالية الموجودة على الرابطة الثنائية والتى تسبب إرزاحة مؤقتة للإلكترونات في الرابطة B-B مما يسبب حث مؤقت ثنائى القطب. وهذا يجعل Br يقترب من الرابطة الثنائية الموجبة وعند ذلك يحدث هيدروهلجنة محبة للإلكترونات: إضافة حمض هيدروهاليد مثل HCl أو HBr للألكين وينتج الهالو ألكان المقابل. .
CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CHBr- ولو أن ذرتي الكربون عند الرابطة الثنائية مرتبطتان لعدد مختلف من ذرات الهيدروجين, فإن الهالوجين يتجه لذرة الكربون التى بها عدد ذرات هيدروجين أقل (قاعدة ماركونيكوف).
وألية التفاعل:
إضافة الكربين أو الكاربينويد ينتج البروبان الحلقي المقابل.
الأكسدة
في وجود الأكسجين, تحترق الألكينات بلهب لامع لتنتج ثاني أكسيد الكربون, وماء.
الأكسدة الحفزية بالأكسجين أو التفاعل مع البيروكسيد ينتج الإيبوكسيد.
التفاعل مع الأوزون يؤدى لكسر الرابطة المزدوجة, وينتج إثنين ألدهيد أو كيتون
R1-CH=CH-R2 + O3 → R1-CHO + R2-CHO + H2O
هذا التفاعل يمكن إستخدامه لتحديد مكان الرابطة المزدوجة في الألكين.
البلمرة
بلمرة الألكينات تفاعل له أهمية إقتصادية, ونتيجة التفاعل هى البوليمرات ذات القيمة الصناعية الكبيرة, ومن نواتجد عملية البلمرة اللدائن مثل البولي إثيلين, البولي بروبيلين. ويمكن أن تتم عمليات البلمرة بعدة طرق منها طريقة الجذر الحر, أو الطريقة الأيونية. (لمزيد من التفاصيل شاهد البلمرة).
تسمية الألكينات
تسمية IUPACلمعرفة الأسم الأصلى للألكينات, يتم تغير المقطع "ان" في الألكانات إلى المقطع "ين". فمثلا CH3-CH3 هو الإيثان, وعلى هذا فإن اسم CH2=CH2 سيكون إثين.
وبالنسبة للألكينات الأعلى حيث يوجد عديد من المتزامرات (isomers) وتتواجد في أماكن مختلفة من الرابطة المزدوجة فيتم إتباع النظام الآتي:
ترقيم أطول سلسلة كربونية بالطريقة التى تجعل الرابطة المزدوجة تأخذ أقل الأرقام.
تحديد موضع الرابطة المزدوجة بموضع ذرة الكربون الأولة فيها.
يتم تسمية التفرعات أو المستبدلات بطريقة مماثلة للألكانات.
يتم كتابة أرقام التفرعات, وتسمية المجوعات المستبدلة, تحديد رقم الرابطة المزدوجة, ثم تسمية السلسلة الرئيسية.
CH3CH2CH2CH2CH==CH2
6 5 4 3 2 1
1-هيكسين CH3
|
CH3CH2CH2CH2CH==CH2
6 5 4 3 2 1
4-ميثيل-1-هيكسين CH3
|
CH3CH2CH2CH2CH==CH2
6 5 4 3 |2 1
CH2CH3
2-ميثيل-4-ميثيل-1-هيكسين
أسماء شائعة
بالرغم من أن تسمية IUPAC هى الأكثر دقة في تسمية الألكينات, إلا أنه توجد بعض الأسماء الشائعة الإستخدام مثل :
CH2="CH2" CH3CH="CH2" CH3C(CH3)="CH2"
اسم IUPAC: إثين بروبين 2-ميثل بروبين
الإسم الشائع: إثيلين بروبيلين أيزو بيوتيلين
