Struktur und Bindung von Alkenen

Alkene oder Olefine, dargestellt durch die allgemeine Formel C_nH_2n, sind Kohlenwasserstoffe, die eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthalten. Die zyklischen Analoga, die eine Doppelbindung in einem Ring einschließen, werden als Cycloalkene bezeichnet.

Am Beispiel des einfachsten Alkens, Ethylen, sind die Kohlenstoffatome über der Doppelbindung sp^{2-hybridisiert}. Die Kopf-an-Kopf-Überlappung von Hybridorbitalen bildet eine Sigma-Bindung, und die seitliche Überlappung der beiden p-Orbitale führt zu einer π Bindung, bei der sich nach der Molekülorbitaltheorie die Elektronendichte über und unter der Molekülebene konzentriert.

Obwohl eine Doppelbindung zwischen sp^{2-Kohlenstoffen} deutlich kürzer und stärker ist als die Einfachbindung zwischen sp^{3-Kohlenstoffen}, ist eine π-Bindung schwächer als eine σ-Bindung. Darauf deutet die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungsenergie hin, die nicht doppelt so groß ist wie die einer Einfachbindung. Die weniger effektive Überlappung der beteiligten Orbitale und die höhere Energie von 2p-Elektronen im Vergleich zu sp² erklären die schwächere π Bindung.

Da sp 2-Orbitale im Vergleich zu sp³ einen höheren s-Charakter haben, sind die Kohlenstoff-Wasserstoffbrücken-Bindungen, die durch die Überlappung von sp^2-s in Ethylen gebildet werden, kürzer als die durch die Überlappung von sp^3-s in Ethan erzeugten.

Ebenso ist in Propylen die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung, die sich aus der Überlappung von sp 2–sp 3 ergibt, kürzer als die aus der Überlappung von sp 3–sp³ in Propan abgeleitete.

Die Abweichung der H-C-C-Bindungswinkel vom erwarteten Wert von 120° ist auf die Dehnung zurückzuführen, die durch abstoßende nichtbindende Wechselwirkungen von Substituenten über die Doppelbindung erzeugt wird.

Eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung übt einen elektronenziehenden Effekt aus. Die Elektronendichte im unhybridisierten 2p-Orbital ist ungleichmäßig verteilt und schirmt daher die Kernladung auf dem Kohlenstoff nicht so effektiv ab wie das Hybridorbital. So weisen einige Alkene, wenn auch schwach, Dipolmomente auf.

Aufgrund des Fehlens starker Dipole sind die wichtigsten Anziehungskräfte zwischen Alkenmolekülen die Londoner Dispersionskräfte. Diese Kräfte werden mit zunehmender Molekülmasse und größerer Oberfläche stärker. Daher sind kleine Alkene bei Raumtemperatur gasförmig, und solche mit mehr als vier Kohlenstoffatomen sind Flüssigkeiten mit steigenden Siedepunkten.

Da Alkene unpolar sind, sind sie in unpolaren Lösungsmitteln mischbar und in Wasser nicht mischbar.