烯烃

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乙烯的分子结构,最简单的烯烃.

烯烃是指含有C=C鍵（碳-碳双键）（烯键）的碳氢化合物。属于不饱和烃，分为链烯烃与环烯烃。按含双键的多少分别称单烯烃、二烯烃等。只拥有一个双键的简单烯烃组成了一个由公式C_nH_2n代表的同系物。

最简单的烯烃是乙烯(C₂H₄)。

[编辑] 乙烯的结构

[编辑] 乙烯的形状

价层电子对互斥理论，乙烯的分子几何形态对于每一个双键碳原子的键角都是120°。这个角度可能被连接在双键碳原子上的、未成键的官能团的交互作用产生的范德瓦耳斯力影响。比如，C-C-C 键角在丙烯中为123.9°。烯烃的双键键能比单个共价键大，同时，133皮米的键长也比单个共价键短。

[编辑] 分子的几何形态

如同单个共价键，双键也能被描述为原子轨道的重叠。与单键不同的是，单键只包含一个σ键，而碳-碳双键包含了一个σ键和一个π键。

每一个双键碳原子利用它本身的三个sp²杂化轨道与三个原子形成**键。那一个未杂化的"2p"轨道，垂直于由三个sp²杂化轨道形成的平面，重叠形成π键。

顺-2-丁烯

反-2-丁烯

因为需要很多的能量才能破坏一个π键(对于乙烯是264 千焦/摩)，所以碳-碳双键间的转动很困难并严重受限。产生的一个结果是取代烯烃存在一个或两个异构体(顺式异构和反式异构)。例如，顺-2-丁烯中的两个甲基取代在双键的同一侧，而反-2-丁烯的在不同的侧面。

双键不可能被扭曲。事实上，一个90°的扭曲需要的能量约等于pi键键能的一半。p轨道之间的偏差与预期的要小，因为形成了三角形平面。反-环辛烯是不稳定的，轨道误差仅仅是19°，二面角137°(正常应该是120°)，并且还有18°锥形化。这解释了为什么这个化合物有0.8 D的偶极矩(顺式为0.4 D，预期均应该为零)。反式环庚烷只能在低温下稳定存在。

[编辑] 物理性质

烯烃的物理性质可以与烷烃对比。物理状态决定于分子质量。简单的烯烃中，乙烯、丙烯和丁烯是气体，含有五至十六个碳原子的直链烯烃是液体，更高级的烯烃则是蜡状固体。

[编辑] 化学性质

烯烃的化学性质比较稳定，但比烷烃活泼。考虑到烯烃中的碳-碳双键比烷烃中的碳-碳单键强，所以大部分烯烃的反应都有双键的断开并形成两个新的单键。

[编辑] 合成

• 最常用的工业合成途径是石油的裂解作用。
• 烯烃可以通过酒精的脱水合成。例如，乙醇脱水生成乙烯：

CH₃CH₂OH + H₂SO₄ → CH₃CH₂OSO₃H + H₂O → H₂C=CH₂ + H₂SO₄

其他醇的消去反应都是Chugaev消去和Grico消去，产生烯烃。

• 高级α-烯烃的催化合成可以由乙烯和有机金属化合物三乙烯基铝在镍，钴和铂催化的情况下实现。
• 烯烃可以由羰基化合物通过一系列反应合成，比如乙醛和酮。
  • 和一个烷基卤化物发生Witting反应
  • 和一个苯基砜发生Julia成烯反应
  • 和两个不同的酮发生Barton-Kellogg反应
  • 结合一个酮，Bamford-Stevens反应或者Shapiro反应
• 烯烃可以由乙烯基卤化物结合生成。
• 烯烃可以由炔烃的选择性还原合成。
• 烯烃可以由Diels-Alder反应和Ene反应重排制得。
• 烯烃可以由α-氯代砜通过Ramberg-Bäcklund反应合成。

[编辑] 反应

烯烃因为可以广泛参与石化工业的反应，被誉为石化工业的原材料。

[编辑] 加成反应

烯烃能进行很多种加成反应

• 催化加氢：催化氢化 烯烃得到相应的烷烃。反应在高压且有金属催化剂的情况下发生。一般工业催化剂包含了镍，钴和铂。实验室合成中，Raney镍这是常用催化剂，这是一种镍和铝的合金。

一个例子就是乙烯催化加氢得到乙烷：

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃

• 亲电加成：大部分的烯烃加成反应是依照亲电加成机理完成的。一个例子就是Prins反应，其中羰基是亲电试剂。
• 卤化：溴或者铝的加成得到邻二溴或二氯烷烃。溴水的褪色可以作为检验乙烯的测试：

CH₂=CH₂ + Br₂ → BrCH₂-CH₂Br

以下是此反应机理：

此反应之所以能够发生，是因为双键的高电子云密度导致了溴-溴间电子的临时移动产生一个临时的偶极，最终导致靠近双键的溴略显正电性变为亲电试剂。

• 氢卤化：氯代酸的加成，例如HCl或HBr，最终生成相应的氯代烷。

CH₃-CH=CH₂ + HBr → CH₃-CHBr-CH₃

如果两个双键碳原子连接的氢原子数量不等，氯将优先加成在拥有氢较少的碳上(Markovnikov's规则)

以下是氢卤化的反应机理：

• 碳烯(卡宾)的加成得到相应的环丙烷。

[编辑] 氧化反应

烯烃可以被许多氧化试剂所氧化。

• 在有氧气的情况下，烯烃可以燃烧，有明亮火焰，伴随二氧化碳和水的生成。
• 与氧气或羧酸发生催化氧化生成环氧化物。
• 与臭氧发生臭氧分解导致双键的断裂，得到两个醛或酮

R₁-CH=CH-R₂ + O₃ → R₁-CHO + R₂-CHO + H₂O

这个反应可以用来测定未知烯烃的双键位置。

[编辑] 聚合反应

烯烃的聚合反应是一个经济意义及高的反应，得到的高聚物有很高的工业价值，例如塑料中的聚乙烯和聚丙烯。聚合反应既可以通过自由基机理来实现，又可以通过离子机理来实现

[编辑] 烯烃的命名

[编辑] IUPAC名称

根据IUPAC命名规则，为了给烯烃主链命名。英文命名将中缀-an-换为-en-。例如CH₃-CH₃ 是ethANe。因此 CH₂=CH₂的名字是ethENe。中文命名是直接将“烷”变为“烯”，例如CH₃-CH₃是乙烷，因此CH₂=CH₂的名字是乙烯。

在高级烯烃中，因为双键位置不同而导致异构体的出现，我们运用下面的数字系统：

1. 命名含有双键的最长碳链为主链，使得双键碳原子的数字尽可能最小。
2. 用第一个双键碳原子指出双键的位置。
3. 对照烷烃那样命名取代烯烃或支链。
4. 首先是给碳原子标号，按顺序注明取代集团，双键和主链的名字。

[编辑] 一般名称

尽管IUPAC命名系统有很高的通用性和精确性，但是一些烯烃的一般名称已经被广泛接受。 例如：

[编辑] 参考书目

[编辑] 参见

• 烷烃
• 炔烃

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