Alkene (ehemals Olefine) sind Moleküle mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen an einer beliebigen Stelle. Sie gehören zu den ungesättigten Kohlenwasserstoffen und stehen in strukturellem Gegensatz zu den Alkanen, deren Kohlenstoffatome ausschließlich über Einfachbindungen miteinander verknüpft sind. Aufgrund ihrer Reaktivität bilden Alkene eine zentrale Ausgangsbasis der modernen chemischen Industrie.
Die allgemeine Summenformel der Alkene lautet CnH2n, wobei „n“ die Anzahl der Kohlenstoffatome angibt. Die homologe Reihe beginnt mit Ethen (C₂H₄). Der Begriff „Olefine“ stammt historisch vom alten Namen für Ethen, das mit Halogenen ölige Flüssigkeiten bildet. Heute ist diese Bezeichnung weitgehend veraltet.
Eigenschaften der Alkene
Aggregatzustand und physikalisches Verhalten
Alkene weisen in Abhängigkeit von der Kettenlänge unterschiedliche Aggregatzustände auf: Von Ethen (C₂H₄) bis Buten (C₄H₈) sind sie gasförmig und damit leicht flüchtig. Zwischen Penten (C₅H₁₀) und Pentadecen (C₁₅H₃₀) liegen sie bei Raumtemperatur als Flüssigkeiten vor. Längerkettige Alkene mit mehr als 15 Kohlenstoffatomen sind fest.
In Wasser sind Alkene nur schwer löslich, in organischen Lösungsmitteln dagegen gut. Beim Verbrennen erzeugen sie eine rußende Flamme, was ein Hinweis auf unvollständige Oxidation und hohen Kohlenstoffanteil.
Chemische Reaktivität
Alkene gelten als reaktionsfreudig, was vor allem auf die C=C-Doppelbindung zurückzuführen ist. Diese enthält eine π-Bindung, die gegenüber elektrophilen Reagenzien besonders anfällig ist. Ein typisches Reaktionsmuster ist die elektrophile Addition, etwa bei der Reaktion mit Halogenen, bei der Dihalogenalkane entstehen.
Benennung und Isomerie
IUPAC – Benennung
Nach den IUPAC-Richtlinien werden Alkene analog zu Alkanen benannt, wobei das Suffix -an durch -en ersetzt wird. Die Position der Doppelbindung wird durch eine Zahl angegeben, die das erste Kohlenstoffatom der Doppelbindung bezeichnet. Diese Zahl erhält die niedrigste mögliche Position und steht – je nach Komplexität – entweder vor dem Stammnamen oder direkt vor dem -en.
Bei Molekülen mit mehreren Doppelbindungen wird ein entsprechendes griechisches Zahlwort wie -dien oder -trien vor das Suffix gesetzt.
Geometrische Isomerie: cis/trans (veraltet)
Da eine C=C-Doppelbindung nicht frei drehbar ist, kann es bei unterschiedlich substituierten Kohlenstoffatomen zur Ausbildung von cis-trans-Isomeren kommen. Diese unterscheiden sich in Struktur, physikalischen Eigenschaften und Spektraldaten. Während das cis-Isomer im Namen angegeben wird, kann trans in vielen Fällen weggelassen werden.
Ein klassisches Beispiel ist But-2-en: Im cis-Isomer liegen die Methylgruppen auf der gleichen Seite der Doppelbindung, im trans-Isomer auf gegenüberliegenden Seiten.
E/Z-Nomenklatur
Die IUPAC bevorzugt heute die genauere E/Z-Bezeichnung, da sie auch bei mehrfach substituierten Doppelbindungen anwendbar ist. Dabei richtet sich die Einordnung nach den CIP-Prioritätsregeln: Stehen die höher priorisierten Substituenten auf derselben Seite der Doppelbindung, handelt es sich um das (Z)-Isomer („zusammen“); bei entgegengesetzter Anordnung um das (E)-Isomer („entgegen“).
Ein Beispiel für unterschiedliche gebräuchliche Namen bei E/Z-Isomeren sind Fumarsäure [(E)-Butendisäure] und Maleinsäure [(Z)-Butendisäure].
Industrielle Bedeutung und Verwendung
Die hohe Reaktivität der Doppelbindung macht Alkene zu zentralen Ausgangsstoffen in der chemischen Industrie. Sie dienen als Grundlage für eine Vielzahl von Synthesen, insbesondere bei der Herstellung grundlegender organischer Verbindungen.
Alkene finden Anwendung bei der Produktion von Treibstoffen, Lösungsmitteln, Halogenkohlenwasserstoffen, Alkoholen, Ketonen, Glycolen sowie bei der Herstellung von Kunststoffen, Tensiden und Olefinoxiden. Ein besonders vielseitig genutztes Alken ist Propen: Es wird unter anderem für die Synthese von Glycerin, Phenol, Isopropanol und Epoxidharzen eingesetzt. Darüber hinaus ist es das zentrale Monomer bei der Herstellung von Polypropylen, einem der weltweit meistverwendeten Kunststoffe.
Herstellung von Alkenen
Alkene lassen sich auf verschiedene chemische Weise erzeugen. Diese Verfahren nutzen entweder Umwandlungen gesättigter Kohlenwasserstoffe oder gezielte Eliminierungsreaktionen, um die charakteristische Doppelbindung zu erzeugen.
Thermisches Cracken von Alkanen
Ein industriell bedeutender Prozess ist das Cracken von Alkanen. Dabei werden kurzkettige Alkane bei Temperaturen von etwa 450–500 °C in Anwesenheit von Mischoxid-Katalysatoren thermisch gespalten. Das Ergebnis ist ein Gemisch aus Alkenen und Wasserstoff. Für langkettige Alkane ist dieses Verfahren jedoch weniger geeignet, da dabei zahlreiche Isomere entstehen, deren Trennung technisch aufwendig ist.
Partielle Hydrierung von Alkinen
Durch kontrollierte Hydrierung (Wassterstoffmoleküle werden den ungesättigten Verbindungen beigefügt) von Alkinen mit einem Lindlar-Katalysator entsteht selektiv das (Z)-Alken. Der Katalysator verhindert die vollständige Reduktion zum Alkan und sorgt für eine cis-selektive Reaktion.
Dehydratisierung von Alkoholen
In saurer Umgebung oder über Feststoffkatalysatoren wie Aluminiumoxid können Alkohole unter Wasserabspaltung in Alkene umgewandelt werden. Besonders effizient verläuft diese Reaktion bei tertiären Alkoholen.
Dehydrohalogenierung
Halogenalkane lassen sich unter basischen Bedingungen in Alkene überführen. Dabei wird ein Halogenatom sowie ein benachbartes Wasserstoffatom eliminiert. Diese Reaktion folgt häufig der Saytzeff-Regel, bei der das stabilere, höher substituierte Alken bevorzugt entsteht.
Dehydrierung von Alkanen
Ein weiterer Zugang ist die Dehydrierung von Alkanen, bei der Wasserstoff abgespalten und eine Doppelbindung gebildet wird. Diese Methode eignet sich vor allem für die Herstellung kurzer Alkene wie Ethen.
Nachweis von Alkenen
Bromwasserprobe
Ein einfacher qualitativer Nachweis für die C=C-Doppelbindung ist die Reaktion mit Bromwasser. Führt man ein Alken wie Ethen in eine Lösung von elementarem Brom ein, so entfärbt sich die ursprünglich braune Lösung. Diese Reaktion erfolgt ohne zusätzliche Energiezufuhr und beruht auf einer elektrophilen Addition, bei der Brom an die Doppelbindung addiert wird:
Br2+C2H4⟶C2H4Br2
Dabei entsteht 1,2-Dibromethan als Produkt. Gesättigte Verbindungen wie Alkane reagieren unter denselben Bedingungen nicht mit Brom, wodurch sich Alkene eindeutig unterscheiden lassen. Zu beachten ist jedoch, dass auch andere ungesättigte oder stark reduzierende Verbindungen (z. B. Phenole) Bromwasser entfärben können.
Baeyer-Probe (Kaliumpermanganat-Test)
Ein weiterer gängiger Nachweis für Doppelbindungen ist die Reaktion mit Kaliumpermanganat. Gibt man ein Alken in eine violette Lösung von KMnO₄ in schwach alkalischem oder saurem Milieu, so kommt es zu einer Oxidation der Doppelbindung. Dabei entstehen 1,2-Diole sowie Braunstein (MnO₂) oder farblose Mangan(II)-Ionen, je nach Reaktionsbedingungen. Die Lösung entfärbt sich oder wird braun:
C=C+[O]⟶HO−C−C−OH
Diese Reaktion ist empfindlich, aber nicht absolut selektiv – auch einige andere funktionelle Gruppen können oxidiert werden. Dennoch eignet sie sich gut als ergänzender Test zur Bromwasserprobe.
Der vorliegende Text stellt eine vollständig überarbeitete und neu strukturierte Fassung des Wikipedia-Artikels „Alkene“ dar. Er unterliegt der Lizenz CC BY-SA 3.0 und enthält keine inhaltlichen Ergänzungen über die Originalquelle hinaus. Stand: 02.05.2025