آلکنها

آلکنها هیدروکربنهایی هستند که پیوند دوگانه کربن–کربن دارند. همانطورکه از نامشان پیداست، آنها با پسوند اِن مشخص می شوند. ممکن است بیش از یک پیوند دوگانه کربن– کربن در ترکیب حضور داشته باشد که در اینصورت تعداد آنها قبل از پسوند اِن مشخص می شود. بعبارتی هیدروکربنهایی که دو، سه و ... پیوند دوگانه کربن–کربن دارند، به ترتیب آلکادی اِن، آلکاتری اِن و ... نامیده می شوند. بازای هر پیوند دوگانه کربن–کربن، دو اتم هیدروژن از فرمول ترکیب کم می شود. می توان نمایش کلی زیر را برای این مطلب در نظر گرفت:

بنابراین آلکنها (البته اگر دقیقتر بخواهیم بگوئیم، مونواِنها) دو اتم هیدروژن از آلکانهای هم کربن کمتر دارند و فرمول عمومی آنها بصورت  است. بطور مشابه در مورد آلکادی اِنها، آلکاتری اِنها و ... فرمول عمومی به ترتیب بصورت ،  و ... خواهد بود.

ایزومری آلکنها

ایزومری ساختاری در آلکنها می تواند هم بخاطر تغییر اسکلت کربنی و هم بخاطر تغییر موقعیت پیوند دوگانه بر روی یک اسکلت کربنی مشخص رخ دهد. در واقع برای رسم ایزومرهای ساختاری مختلف یک آلکن، در ابتدا اسکلتهای کربنی ممکن برای آلکان هم کربن را در نظر می گیریم و سپس برای هر اسکلت کربنی تمامی حالتهای ممکن غیر تکراری برای پیوند دوگانه را پیدا می کنیم. منظور از حالتهای ممکن اینست که دقت داشته باشیم که کربن پیوند دوگانه نمی تواند به چهار کربن دیگر متصل باشد و حداکثر به سه کربن دیگر متصل است، این مطلب بخاطر اینست که بیش از 8 الکترون (معادل 4 پیوند سیگما و پای) دور یک اتم کربن نمی توانیم داشته باشیم.

مثال: ایزومرهای ساختاری امکان پذیر برای آلکن به فرمول  را رسم نمائید.

حل:

برای آلکان هم کربن، اسکلت های کربنی زیر را می توانیم در نظر بگیریم که برای هر اسکلت کربنی، حالتهای ممکن غیر تکراری برای موقعیت پیوند دوگانه با فلش نمایش داده شده اند:

دقت داشته باشید که بر روی اسکلت سمت راست نمی توان پیوند دوگانه در نظر گرفت. بنابراین ایزومرهای ساختاری آلکن بفرمول  به صورت زیر خواهند بود:

*****

علاوه بر ایزومری ساختاری، برای آلکنها ممکن است بتوان ایزومری هندسی نیز درنظر گرفت. در اینجا ایزومری هندسی از ممانعت چرخش حول پیوند دوگانه نشأت می گیرد. حول پیوندهای یگانه آزادی چرخش داریم و بهمین جهت بعنوان مثال این دو ساختار بظاهر متفاوت زیر برای  براحتی با چرخش حول پیوند کربن–کربن وسطی بهمدیگر تبدیل می شوند:

در حالیکه در پیوندهای دوگانه بعلت حضور پیوند ، حول پیوند آزادی چرخش نداریم (چرخش حول پیوند دو گانه نیازمند شکسته شدن پیوند  است که انرژی نسبتاَ زیادی می خواهد و براحتی صورت نمی گیرد) و بهمین جهت بعنوان مثال این دو ساختار برای  براحتی بهم تبدیل نمی شوند و بعنوان مواد مختلف قابل جداسازی و نگهداری هستند:

در ایزومری هندسی، به ایزومری که در آن دو گروه یکسان در یک سمت هستند. ایزومر سیس و به ایزومری که در آن دو گروه یکسان در سمتهای مخالف هم هستند، ایزومر ترانس گفته می شود. بعنوان مثال در شکل قبلی به ایزومر سمت چپ که در آن گروههای متیل متصل به پیوند دوگانه در سمتهای مخالف هم هستند، ایزومر ترانس و به ایزومر سمت راست که در آن گروههای متصل به پیوند دوگانه در یک سمت هستند، ایزومر سیس گفته می شود. دقت داشته باشید که برای داشتن ایزومری هندسی در اینجا بایستی گروههای متصل به هر کربن پیوند دوگانه با همدیگر متفاوت باشند. بعنوان مثال در شکل زیر، برای آلکن سمت چپ نمی توان ایزومری هندسی در نظر گرفت، در حالیکه برای آلکن سمت راست می توان درنظر گرفت:

نامگذاری آلکنها

در نامگذاری آلکنها زنجیر اصلی حتماً بایستی پیوند دوگانه را در بربگیرد و از جهتی شماره گذاری شود که به اتمهای کربن پیوند دوگانه کمترین شماره های ممکن برسد. مابقی اصول نامگذاری برای آلکنها مشابه آلکانهاست. نام آلکن بصورت ترکیب محل و نام شاخه ها با نام ریشه آلکان هم کربن با زنجیر اصلی و پسوند اِن بهمراه شماره کمتر اتمهای کربن پیوند دوگانه برای مشخص ساختن موقعیت پیوند دوگانه است که شماره مربوط به پیوند دوگانه ممکن است قبل پسوند اِن یا قبل نام ریشه آلکان هم کربن با زنجیر اصلی ذکر شود. در واقع نام آلکن شاخه دار، ترکیب محل و نام شاخه ها با نام آلکن راست زنجیر هم کربن با زنجیر اصلی است. بعنوان مثال آلکن زیر را در نظر بگیرید:

برای نامگذاری آن بایستی در ابتدا زنجیر اصلی ترکیب را پیدا کنیم و شماره گذاری کنیم. برای ترکیب بالا، زنجیر اصلی، زنجیر دربرگیرنده پیوند دوگانه که بیشترین تعداد اتم کربن را دارد (اگر دو یا چند زنجیر دربرگیرنده پیوند دوگانه همزمان بیشترین تعداد اتم کربن ممکن را داشتند، مشابه آلکانها از بین آنها زنجیر با بیشترین تعداد شاخه ها بعنوان زنجیر اصلی انتخاب می شود) بصورت زیر است:

از بین دو جهت شماره گذاری ممکن برای زنجیر اصلی مطابق شکل زیر، شماره گذاری شکل سمت چپ که در آن اتمهای کربن پیوند دوگانه شماره های کمتری دارند (2 و 3 در مقایسه با 4 و 5) انتخاب می شود:

بعد از تشخیص و نامگذاری شاخه های جانبی موجود بر روی زنجیر اصلی، در نهایت نام آلکن با ترکیب محل و نام شاخه ها با نام آلکن راست زنجیر هم کربن با زنجیر اصلی بصورت 4- اتیل-5-متیل-2-هگزِن یا 4- اتیل-5-متیل هگز 2-اِن بدست می آید.

مثال: تمام ایزومرهای ساختاری آلکنها بفرمول  را رسم و نامگذاری کنید.

حل:

برای آلکان هم کربن اسکلتهای کربنی زیر را می توانیم در نظر بگیریم که برای هر اسکلت کربنی، حالتهای ممکن غیر تکراری برای موقعیت پیوند دوگانه با فلش نمایش داده شده است:

ساختار و نام ایزومرهای ساختاری ممکن بصورت زیر خواهند بود:

3-هگزن		2-هگزن		1-هگزن
4-متیل-2-پنتن		2-متیل-2-پنتن		2-متیل-1-پنتن
3-متیل-2-پنتن		3-متیل-1-پنتن		4-متیل-1-پنتن
-دی متیل-1-بوتن	-دی متیل-2-بوتن		-دی متیل-1-بوتن		2-اتیل-1-بوتن

*****

در صورتیکه ساختار مربوطه ایزومری هندسی داشته باشد، سیس یا ترانس بودن آن با نوشتن نام سیس یا ترانس قبل از نام بدست آمده به روش بالا مشخص می شود.

مثال: ایزومرهای هندسی ممکن برای آلکنها بفرمول را رسم و نامگذاری کنید.

حل:

از بین ایزومرهای ساختاری ممکن برای آلکنها بفرمول که در مثال قبلی رسم شده اند، آنهایی که دارای ایزومری هندسی هستند، را در نظر می گیریم. خواهیم داشت:

سیس-2-هگزن	ترانس-2-هگزن
سیس-3-هگزن	ترانس-3-هگزن
سیس-4-متیل-2-پنتن	ترانس-4-متیل-2-پنتن
ترانس-3-متیل-2-پنتن	سیس-3-متیل-2-پنتن

*****

خواص فیزیکی آلکنها

خواص فیزیکی آلکنها مشابه آلکانهاست. آلکنها هم ترکیباتی غیرقطبی هستند که با افزایش تعداد اتمهای کربن آنها و افزایش سطح تماس مولکولهایشان با هم دمای ذوب و جوششان افزایش می یابد. دمای ذوب و جوش آلکنها و آلکانهای هم کربن (با تعداد اتمهای کربن برابر) در حدود هم است. آلکنها هم مشابه آلکانها در حلالهای غیر قطبی حل می شوند، اما در حلالهای قطبی مثل آب حل نمی شوند. چگالی آلکنها نیز از آب کمتر است.

خواص شیمیایی آلکنها

آلکنها نیز مانند آلکانها می توانند در واکنش سوختن شرکت کنند و محصولات مشابهی تولید کنند. بخش آلکان مانند آلکنها مانند آلکانها می تواند در واکنشهای هالوژندار شدن جانشینی شرکت کند. آلکنها مشابه آلکانها می توانند در واکنشهای کراکینگ، ایزومراسیون و ... نیز شرکت کنند.

ویژگی مهمی که آلکنها را از آلکانها در خواص شیمیایی بطور قابل توجهی متمایز می کند، قابلیت شرکت آلکنها در واکنشهای افزایشی بعلت حضور پیوند دوگانه (پیوند پای) است. یک نمایش کلی برای واکنش افزایشی آلکنها می تواند بصورت زیر باشد:

همانطور که نمایش بالا نشان می دهد، در واکنش افزایشی آلکنها، پیوند پای آلکن (و پیوند موجود در دیگر واکنشگر) می شکند و با دو پیوند سیگما بین اتمهای کربن و اتمها یا گروههای اضافه شونده جایگزین می شود. در واکنش بالا، در صورتیکه اتمها یا گروههای X و Y یکسان باشند، یک افزایشگر (اضافه شونده) متقارن و در صورتیکه یکسان نباشند، یک افزایشگر نامتقارن خواهیم داشت. از اضافه شدن افزایشگرهای متقارن تنها یک محصول بدست خواهد آمد. در حالیکه اضافه شدن افزایشگرهای نامتقارن ممکن است دو محصول تولید کنند که یکی ازآنها بنابر دلایلی ارجحتر باشد. بعنوان مثال داریم:

در این راستا می توان آلکنها را به دو دسته متقارن و نامتقارن طبقه بندی نمود. در آلکنهای متقارن ساختار نسبت به پیوند دوگانه متقارن است، در حالیکه در آلکنهای نامتقارن اینگونه نیست. موقع اضافه شدن افزایشگرهای نامتقارن به آلکنهای متقارن (مثل 2-بوتن در بالا) تنها یک محصول تولید می شود، درحالیکه موقع اضافه شدن افزایشگرهای نامتقارن به آلکنهای نامتقارن (مثل 1-بوتن در بالا) دو محصول تولید می شود.

 آلکنها از بابت شرکت در واکنشهای افزایشی ترکیباتی سیرنشده محسوب می شوند، درحالیکه ترکیباتی مثل آلکانها که در واکنشهای افزایشی شرکت نمی کنند، سیر شده محسوب می شوند.

انواع افزایشگر به آلکنها مثل هیدروژن ()، هالوژن (مثل )، آب ()، هیدروژن هالید ( مثل ) و ... می توان درنظر گرفت که در ادامه با مثال به بررسی آنها می پردازیم.

آلکنها در واکنش هیدروژناسیون، در یک واکنش افزایشی با هیدروژن شرکت می کنند و آلکانها را (بدون تغییر اسکلت کربنی) تولید می کنند. بعنوان مثال داریم:

آلکنها در واکنش هالوژناسیون آلکنها، در یک واکنش افزایشی با هالوژنها شرکت می کنند و هالوآلکانها (ترکیبات هالوژندار) را تولید می کنند. بعنوان مثال داریم:

آلکنها در واکنش آبدهی به آلکنها، در یک واکنش افزایشی با آب شرکت می کنند و الکلها (ترکیبات حاوی گروه –OH) را تولید می کنند. بعنوان مثال داریم:

آلکنها در واکنش هیدروهالوژناسیون آلکنها، در یک واکنش افزایشی با هیدروژن هالید اسیدها (مثل اسید هیدروژن کلرید یا ) شرکت می کنند و هالوآلکانها را تولید می کنند. بعنوان مثال داریم:

آلکنها در واکنش تشکیل هالوهیدرین، در یک واکنش افزایشی با اسیدهای هیپوهالو مثل  (که معمولاَ از مخلوط آب و هالوژن بدست می آید) شرکت می کنند و هالوهیدرینها (ترکیبات آلی حاوی گروه و اتم هالوژن بطور همزمان معمولاً بر روی اتمهای کربن مجاورهم) را تولید می کنند. بعنوان مثال داریم:

در مورد افزایشگرهای نامتقارن، معمولاَ سر مثبت افزایشگر به کربنی از پیوند دوگانه اضافه می شود که تعداد هیدروژن بیشتر یا بطور معادل تعداد گروه آلکیل کمتری دارد و سر منفی افزایشگر به کربن دیگر پیوند دوگانه با تعداد هیدروژن کمتر و تعداد گروه آلکیل بیشتر وصل می شود. این مطلب در مورد اضافه شدن  ها به آلکنها قاعده مارکونیکوف نامیده می شود و بطور کلی به جهتگیری مارکونیکوف معروف است. بعنوان مثال موقع اضافه شدن  به پروپن (CH₂ = CH – CH₃)، هیدروژن که سر مثبت  است، به کربن شماره 1 در پیوند دوگانه که H بیشتری دارد، وصل می شود، درحالیکه کلر که سر منفی  است، به کربن شماره 2 در پیوند دوگانه که H کمتری دارد، وصل می شود و محصول اصلی CH₃CHClCH₃ و نه CH₂ClCH₂CH₃ است.

از واکنشهای افزایشی مهم دیگر آلکنها که مقداری با واکنشهای قبلی یاد شده متفاوت است، واکنش پلیمریزاسیون آلکنهاست. مولکولهای آلکنها (از یک جنس یا از جنسهای متفاوت) می توانند بهم اضافه شوند و پلیمرها را بوجود آورند. بعنوان مثال داریم:

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

**************************************************

سایت: www.youngchemist.com

مولف: محمد شاهی

نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com

**************************************************

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||