الألكين Alkene في الكيمياء العضوية هوهيدروكربون 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 C_nH_2n.

أبسط الألكينات هوالذى يعهد بإسم "إثيلين" بينما الإسم الرسمية له طبقا للإتحاد الدولي للكيمياء والكيمياء التطبيقية (IUPAC) يسمي إثين.

والألكينات أوالفحوم الهدروجينية الأستيلينية هي مركبات هدروكربونية غير مشبعة تتصف باحتواء جزيئاتها على رابطة ثلاثية بين ذرتي كربون متجاورتين- C º C- تدعى الرابطة الثلاثية أوالرابطة الأستيلينية. وتكون فيها ذرتا الكربون في حالة تهجين من النوع CSP-CSP)SP)

وهذه الزمرة الوظيفية هي مركز عدم إشباع الجزيء وفعاليته.

الصيغة العامة للألكينات هي CnH2n-2، ولا يوجد أي من الألكينات في حالة حرة. أما حدها الأول، وهوالأستيلين C2H2، فقد كُشِفَت آثاره أحياناً في الهواء نتيجة لتكونه في كثير من الإحتراقات الناسيرة، وهوأقدم ما عهد من الألكينات. ولم يُحصل عليه عملياً إلا عام 1893 على يدي الفرنسي مواسان Moissan. ومع حتى فائدة الأستيلين الصناعية قلَّت مجالاتها إلا أنها عظيمة في بعض المجالات، أما الألكينات الأخرى فهي منتجات مختبرية في حد ذاتها ووسائط لكثير من الاصطناعات.

هجريب الألكينات

البنية الإلكترونية للرابطة الأستيلينية

الرابطة الثلاثية هي المجموعة الوظيفية التي تقرر سلوك الألكينات. وهي مكونة من رابطة سيغما تتراكب فيها مدارات مهجنة من النوع SP، ومن رابطتين من النوع p ينتج جميع منهما من تراكب مدارات كربون ذرية (الشكل1) ، فالرابطة الثلاثية تشبه الرابطة الثنائية في نوع الرابطة بين ذرتيها، وبذلك تتشابه الألكينات والألكِنات في الكثير من التفاعلات، إلا حتى الرابطة الثلاثية أقصر وأقوى وأقل قابلية للتفاعل من الرابطة الثنائية. ويقع مركز جميع مــن الذرتين المتصلتين بالرابطة الثلاثية، وكذلك مركز جميع من ذرتي الكربون في الرابطة الثلاثية نفسها على مستقيم، في حين تقع مراكز مثيلاتها في الرابطة الثنائية في مستوواحد، وعليه فلا يوجد في الألكينات متماثلات في الهجريب isomers هندسية كما هوالحال في الألكنات.

وإذا كانت إحدى ذرتي الكربون في الرابطة الثلاثية تحمل هدروجيناً فتكون مقدرة ذرة الكربون هذه على جذب إلكترونات الرابطة بينها وبين الهدروجين عالية بالنسبة لمثيلتها في الألكِنات، مما يؤدي إلى تزايد الشحنة الموجبة على مدار الهدروجين في الألكينات، ولذلك تسلك هذه الألكينات سلوك حمض قادر على إعطاء الأسس القوية بروتوناً:

شكل الألكينات

كما هومنسقط 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 جميع 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 يحتاج كمية كبيرة من الطاقة لكسر الرابطة باي (264 كيلوجول لكل مول في الإثيلين), فإن الدوران حول الرابطة كربون-كربون المزدوجة قاسي للغاية ومقيد بشدة.

الخواص الفيزيائية

• تقريبا مثل الألكانات.
• تعتمد الحالة الفيزيائية على الكتلة الجزيئية.

تشبه الألكينات في خواصها الفيزيائية خواص الألكانات والألْكِنات، فحدودها الثلاثة الأولى الإتين والبروبين و1-البوتين غازات في الدرجة العادية من الحرارة وفي الضغط الجوي. أما 2-البوتين وما يليه فأجسام سائلة، وتغدوالحدود صلبة بدءاً من C14H26رائحتها كرائحة الثوم، وهي قابلة للاشتعال تتقد بلهب مضيء وتغلي في درجات حرارة أعلى من درجات غليان الألْكِنات ذات الهجريب المماثل والعدد نفسه من ذرات الكربون. وتزيد نقاط غليانها على نقاط غليان الألكانات الموافقة بفارق من الرتبة 6ْس في الألكينات الحقيقية، و15 ـ 20ْس في الألكينات الثنائية التبادل، ويعزى ذلك إلى كبر قوى الترابط بين جزيئاتها التي تتميز بعزوم ثنائية القطب ضعيفة تراوح بين 0.75 و0.90 ديباي (واحدة العزوم القطبية الكهربائية).

الألكينات أخف من الماء، وتزيد كثافات حدودها الوسطى السائلة على كثافات الألكانات بمقدار 6% تقريباً؛ وتفوق قرائنُ انكسارها قرائن انكسار الألْكِنات.

والألكينات تمتزج بالفحوم الهدروجينية والمذيبات العضوية الشائعة. وهي أكثر ذوباناً في الماء بعض الشيء من الألْكِنات، ففي الدرجة صفر يذيب لترُ الماء لتراً من غاز الأستيلين، أي يذيب 12 ضعفاً مما يذيب من الإيتان.

الخواص الكيميائية

الألكينات بصفة عامة مركبات ثابتة, ولكنها أنشط من الألكانات.

وتحدّد طبيعة الرابطة الثلاثية C º C الخواص الكيمياوية للألكينات، وتعد تفاعلات الضم التفاعلات المميزة لهذه المركبات كما في الألكِنات. فهي تضم الكثير من المواد التي تجاوز حتى أُدرجت تحت تفاعلات الألكنات كهاليدات الهدروجين HX والهالوجينات XO2 والماء والهدروجين وغيرها. وتتبع طريقة الضم الأسلوب نفسه في تفاعلات الضم إلى الألْكِنات، إلا حتى الفارق بين الألكينات والألْكِنات هوفي سرعة التفاعلات إذ إذا الرابطة الثلاثية أقل نشاطاً من الرابطة الثنائية في مجال تفاعلات الضم، ويترتب على ذلك حتى الضم إلى الألكينات لا يتوقف عند إنتاج الألْكِنات بل يتجاوزها إلى المركبات المشبعة. وفيما يلي بعض الأمثلة على تفاعلات الألكينات:

1ـ تفاعلات الضم

ولضعف قابلية الرابطة الثلاثية إلى تفاعلات الضم مقارنة بالرابطة الثنائية فإن ضم الماء يحتاج إلى حفّاز (وسيط) مثل أملاح الزئبق، ولا يكفي لهذا التفاعل استعمال الحمض وحده، كما هوالحال عند ضم الماء إلى الرابطة الثنائية في الألْكِنات.

أما الناتج المباشر لضم الماء إلى الألكين فقليل الثبات، ويتحول إلى ناتج أكثر ثباتاً هومركَّبُ كربونيل. ويشكل ضم الماء هذا طريقة مناسبة لتحضير بعض الكيتونات المهمة، كما حتى أبسط الكين وهوالأستيلين يعطي الألدهيد المعروف الأسيت ألدهيد.

2 ـ ضم الهدروجين (الهدرجة)

ينضم الهدروجين إلى الرابطة الثلاثية بحضور الحفازات المعدنية كالبلاتين أوالبلاديوم أوالنيكل. ولا يتوقف التفاعل عند انضمام جزيء واحد من الهدروجين إلى جزيء ألكين إذ تحت الشروط نفسها يتواصل التفاعل ليعطي الجزيء المشبع أي الألكان. ويرجع السبب في عدم توقف التفاعل عند انضمام الجزيء الأول إلى حتى الناتج وهوالألْكِن أكثر نشاطاً من الألكين، فإذا ما تحول ألكين إلى ألْكِن فإن الناتج ينافس الألكين في ضم جزيء آخر من الهدروجين.

وللتوقف بالتفاعل عند الألكِن وعدم تجاوزه إلى الألكان تستعمل حفازات خاصة تنشط الانضمام الأول وتعيق الثاني؛ ومن هذه الحفّازات البلاديوم المحضر بطريقة خاصة والمعروف بحفاز لندلر Lindlar catalyst.

ومن الملاحظ حتى انضمام الهدروجين يسلك طريقاً ترتبط فيه ذرتا الهدروجين بذرتي الكربون من جهة واحدة، ويكون الناتج مماثلاً في الهجريب مقروناً cis.

كما أمكن أيضاً تحويل الألكين إلى ألكِن عن طريق إرجاعه بعنصر الصوديوم أوالليثيوم مع الأمونيا. وفي هذا التفاعل تأخذ ذرتا الهدروجين مكانين بجهتين مختلفتين من الرابطة الثنائية أي حتى الناتج هومماثل في الهجريب مفروق trans.

3 ـ حموضة الألكينات الحقيقية

تسلك ذرة الهدروجين التي ترتبط بالرابطة الثلاثية سلوك هدروجين حمضي عند تعرضها لأسس قوية أقوى من الهدروكسيد OH-.

ويكون الأنيون (الشاردة السالبة) الناتج نفسه أساساً قوياً بإمكانه استخلاص بروتون من كثير من الجزيئات، فمع الماء مثلاً يتم التفاعل التالي:

كما يتيح الوضع المتميز للهدروجين المتصل بالرابطة الثلاثية تفاعل الألْكينات التي تحتوي على مثل هذا الهدروجين مع بعض أيونات العناصر الثقيلة وخاصة أيونات الفضة Ag+ والنحاس Cu+:

ومن استخدامات هذه التفاعلات التفريق بين الألكينات التي تحتوي هدروجيناً على كربون الرابطة الثلاثية (الألكينات الحقيقية) والألكينات التي لا يتوافر فيها مثل هذا الهدروجين.

التفاعلات

تصنيع الألكينات

1. أكثر الطرق الصناعية شيوعا لتصنيع الألكينات هى تكسير البترول.
2. 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.
3. 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, أوالكوبالت, أوالبلاتين.

تفاعلات الإضافة

إضافة حفزية للهيدروجين

الهدرجة الحفزية للألكينات تنتج الألكان اللقاء. 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, وهوسبيكة 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, أوالكلور في حالتهم العنصرية إلى الألكينات وينتج ثنائي بروموفيسينال ، وثنائي كلوروألكين, بالترتيب. وعملية نزع الكلور من محلول البروم في الماء هى كيفية 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 أوHBr للألكين وينتج الهالوألكان اللقاء. .
CH₃-CH=CH₂ + HBr → CH₃-CHBr- ولوحتى ذرتي الكربون عند الرابطة الثنائية مرتبطتان لعدد مختلف من ذرات الهيدروجين, فإن الهالوجين يتجه لذرة الكربون التى بها عدد ذرات هيدروجين أقل (قاعدة ماركونيكوف).

وآلية التفاعل:

• إضافة الكربين أوالكاربينويد ينتج البروبان الحلقي اللقاء.

Hydrohalogenation

تشكيل هالوهيدرين

الأكسدة

1. في وجود الأكسجين, تحترق الألكينات بلهب لامع لتنتج ثاني أكسيد الكربون, وماء.
2. الأكسدة الحفزية بالأكسجين أوالتفاعل مع البيروكسيد ينتج الإيبوكسيد.
3. التفاعل مع الأوزون يؤدى لكسر الرابطة المزدوجة, وينتج إثنين ألدهيد أوكيتون
   R₁-CH=CH-R₂ + O₃ → R₁-CHO + R₂-CHO + H₂O
   هذا التفاعل يمكن إستخدامه لتحديد مكان الرابطة المزدوجة في الألكين.

Oxymercuration

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 حتى تتم عمليات البلمرة بعدة طرق منها طريقة الجذر الحر, أوالطريقة الأيونية. (لمزيد من التفاصيل شاهد البلمرة).

نظرة عامة على التفاعل

تسمية الألكينات

تتبع الألكينات في تسميتها الطريقة نفسها المتبعة في تسمية الألكِنات على حتى يستعاض عن اللاحقة إذا ene المميزة للألكِنات باللاحقة إِين yne المميزة للألكينات.

وأبسط الألكينات الأستيلين acetylene وهويسمى بحسب نظام تسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية International Union of Pure and Applied Chemistry إتين ethyne، وتلاحظ هنا علاقة هذا الاسم باسم الألكان الذي يحوي بنية كربونية مماثلة:

ويسمى الألكين الذي يحتوي ثلاث ذرات كربون: بروبين propyne، ويليه البوتين butyne إلى غير ذلك. وأطول سلسلة تحوي الرابطة الثلاثية تُختار على أنها سلسلة رئيسية؛ إلى غير ذلك تدعى المركبات الآتية بالأسماء التي تحتها:

تسمية IUPAC

لفهم الأسم الأصلى للألكينات, يتم تغير المبتر "ان" في الألكانات إلى المبتر "ين". فمثلا CH₃-CH₃ هوالإيثان, 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:

1. ترقيم أطول سلسلة كربونية بالكيفية التى تجعل الرابطة المزدوجة تأخذ أقل الأرقام.
2. تحديد موضع الرابطة المزدوجة بموضع ذرة الكربون الأولة فيها.
3. يتم تسمية التفرعات أوالمستبدلات بطريقة مماثلة للألكانات.
4. يتم كتابة أرقام التفرعات, وتسمية المجوعات المستبدلة, تحديد رقم الرابطة المزدوجة, ثم تسمية السلسلة الرئيسية.

Cis-trans notation

تدوين E,Z

المجموعات التي تحتوي على روابط C = C مزدوجة

أسماء شائعة

بالرغم من حتى تسمية IUPAC هى الأكثر دقة في تسمية الألكينات, إلا أنه توجد بعض الأسماء الشائعة الإستخدام مثل :

التحضير

قلما توجد مركبات تحوي روابط ثلاثية في الطبيعة. وتعد الألكينات عموماً ـ باستثناء الأستيلين ـ من المواد التي كلفة اصطناعها باهظة، إضافة إلى أنها أقل أهمية بكثير من الأولفينات olefins.

أبسط الألكينات وأكثرها استعمالاً في الصناعات هوالأستيلين (الإتين)، ويمكن الحصول عليه لهذه الأغراض بإحدى طريقتين:

الأولى، وهي طريقة قديمة تقليدية لكنها شائعة الاستعمال، وتعتمد على تحضير كربيد الكلسيوم CaCO2 ابتداء من الفحم الحجري والحجر الكلسي، ومن ثم تحقيق تفاعل الكربيد مع الماء:

أما الطريقة الثانية فتعتمد على الأكسدة الجزئية لغاز المتان الناتج من آبار النفط (البترول):

ولتحضير الألكينات الأثقل من الأستيلين تستعمل طرائق مخبرية يمثل بعضها في التفاعلات التالية:

يلاحظ حتى بالإمكان إنجاز تفاعل الحذف الأول باستعمال أساس يحتوي على شاردة (أيون) هدروكسيد لإنتاج ألكِن، إلا حتى الحذف الثاني يحتاج عادة أساساً مثل NH2- أقوى من الهدروكسيد لأن كلاً من الذرتين المراد حذفهما مرتبط برابطة فينيلية vinylic قوية نسبياً فلا يسهل حذفها.

يُبدأ في سلسلة التفاعلات هذه بمركب تحتوي جزيئاته على رابطة ثلاثية، فالتفاعلات هنا ليس الغرض منها إحداث رابطة ثلاثية ـ كما هوالحال في كيفية التحضير السابقة ـ بل ربط جزيء ألكيني بجزيء آخر يقدم مجموعة ألكيل للحصول على ألكين حديث ذي جزيئات أكبر. والتفاعل الأول في هذه الطريقة يعتمد على حموضة الهدروجين المتصل بالرابطة الثلاثية، فتفاعل ألكين مع أساس قوي مثل NH2- ينتج ملحاًقد يكون الأنيون فيه نيوكْلِيوفِيلاً (أساساً) جيداً باستطاعته مهاجمة هاليد ألكيل RX ليحل محل الهالوجين فيه. ولنجاح هذه المستوى يشترط حتى تكون الجذور الألكيلية في الهاليد من النوع الأولي primary وذلك لتجنب نواتج ثانوية غير مرغوب فيها، لأن ألكينيدات الليثيوم هي أسس تنزع هاليد هدروجين من هاليد الألكيل الثانوي secondary أوالثالثي tertiary معطية الألْكِنات الموافقة.

الأساليب الصناعية

Elimination reactions

التجميع من مركبات الكربونيل

Synthesis from alkenes: olefin metathesis and hydrovinylation

من الألكينات

Rearrangements and related reactions

إعادة التنظيم ووعلاقتها بالتفاعلات

أنظر أيضاً

• ألفا أولفين
• Cycloalkene
• Arenes
• Diene
• Dendralene
• Radialene
• Annulene
• بولين
• ألكيل
• ألكان
• ألكاين
• هيدروكربون
• أرينات

Nomenclature links

• Rule A-3. Unsaturated Compounds and Univalent Radicals [1] IUPAC Blue Book.
• Rule A-4. Bivalent and Multivalent Radicals [2] IUPAC Blue Book.
• Rules A-11.3, A-11.4, A-11.5 Unsaturated monocyclic hydrocarbons and substituents [3] IUPAC Blue Book.
• Rule A-23. Hydrogenated Compounds of Fused Polycyclic Hydrocarbons [4] IUPAC Blue Book.

المصادر