Gli idrocarburi alifatici insaturi possono presentare vari tipi di isomeria, per cui composti aventi la stessa formula grezza hanno struttura e proprietà totalmente diverse.
Oltre all’isomeria di struttura comune agli alcani, gli alcheni presentano altri due tipi di isomeria: l’isomeria di posizione e l’isomeria geometrica:

1) isomeria di struttura: si manifesta, come per gli alcani, quando un idrocarburo ha catena aperta o catena ramificata;

2) isomeria di posizione: si ha quando due alcheni hanno la stessa formula molecolare e la stessa formula di struttura, ma differiscono soltanto per la posizione del doppio legame. Continua a leggere&#187

Tra gli idrocarburi alifatici, oltre agli alcani e ai cicloalcani, che sono saturi, ne esistono altri che sono insaturi, aventi nella molecola uno o più legami tra atomi di carbonio.

Gli idrocarburi insaturi sono specie chimiche in cui solo una parte dei legami disponibili è saturata da atomi di idrogeno. Gli alcheni appartengono alla classe degli idrocarburi insaturi perché presentano un doppio legame carbonio-carbonio e quindi il numero di atomi di idrogeno in essi contenuti è inferiore a quello degli alcani con egual numero di atomi di carbonio.
Ad esempio, il termine a quattro atomi di carbonio ha la formula molecolare C₄H₈, mentre il corrispondente alcano ha la formula C₄H₁₀ perché ha due atomi di idrogeno in più.

Gli alcheni sono idrocarburi contenenti due atomi di carbonio sp² tra i quali si instaura un doppio legame. La loro formula generale è CnH2n.

La presenza del doppio legame impedisce la libera rotazione dei carboni e costringe gli atomi che lo formano e quelli a essi legati a stare su un unico piano. Inoltre l’ibridazione sp2 impone angoli di legame di 120°.

Il nome tradizionale del nome del gruppo è olefine: il termine deriva dal fatto che questi idrocarburi, sommando gli alogeni, si trasformano in sostanze liquide di aspetto oleoso. In particolare deriva dal comportamento dell’etilene, il più semplice alchene che produce una sostanza di consistenza oleosa reagendo con il cloro.

Le regole IUPAC adoperate per la nomenclatura degli alcheni sono simili a quelle usate per gli alcani, ma occorre aggiungere qualche altra regola per consentire di assegnare il nome e fissare la posizione del doppio legame nella catena:

– la presenza del doppio legame viene indicata dal suffisso -ene che sostituisce il suffisso –ano del corrispondente alcano; per cui il nome dell’alchene si ottiene dal nome del corrispondente alcano. Ad esempio all’etano (C₂H₆) corrisponde l’etene o etilene (C₂H₄);
– la numerazione degli atomi di carbonio nella catena deve essere fatta in modo che gli atomi di carbonio portanti il doppio legame abbiano i numeri più piccoli possibili; sebbene il doppio legame unisca due atomi di carbonio, per assegnare la sua posizione basta indicare il numero del primo atomo di carbonio impegnato nel doppio legame. Pertanto, l’alchene sarà denominato 1-butene perché il doppio legame che si è instaurato è tra il carbonio 1 e il carbonio 2;
– se alla catena sono anche legati dei gruppi alchilici, questi ultimi saranno contrassegnati da numeri corrispondenti agli atomi di carbonio ai quali sono legati.

All’etene segue, con tre atomi di carbonio, il propene o propilene con formula C₃H₆.

Bisogna inoltre ricordare che negli alcheni solo gli atomi di carbonio che partecipano al doppio legame sono ibridati sp²: gli altri sono sempre ibridati sp³.
Nello specifico, quando il carbonio forma doppi legami non può utilizzare, come nel caso degli alcani, i suoi quattro orbitali ibridi sp³. Anche il carbonio alchenico è ibridato, ma non tutti e quattro i suoi orbitali atomici di partenza si mescolano a formare orbitali ibridi: un orbitale atomico di tipo p deve infatti rimanere invariato per partecipare alla formazione del doppio legame.
I restanti orbitali (un orbitale s e due orbitali p) si mescolano e formano tre orbitali ibridi isoenergetici orientati a 120° verso i vertici di un tetraedro equilatero che prendono il nome di orbitali ibridi sp². Il piano degli orbitali ibridi è perpendicolare al piano su cui giace l’orbitale p rimasto non ibridato. Due dei tre orbitali ibridi sp² sono utilizzati per legami semplici; il terzo orbitale ibrido sp² partecipa insieme al p non ibridato alla formazione del doppio legame.
Quando la catena di carbonio si allunga, è necessario indicare la posizione del doppio legame.

Il radicale che si ottiene sottraendo un atomo di idrogeno a un alchene, prende la desinenza in -enile. Ad esempio:

– se dall’etano CH₃―CH₃ saturo si ricava il radicale etilico o etile CH₃―CH₂―, dall’etene CH₂=CH₂ si ricava l’etenile CH₂=CH― chiamato comunemente vinile o radicale vinilico;
– dal propene CH₂=CH―CH₃ si ricava il 2-propenile CH₂=CH―CH₂― chiamato comunemente allile o radicale allilico.

Il nome 2-propenile deriva dal fatto che nei radicali la numerazione comincia sempre dall’atomo di carbonio capace di legarsi a una catena principale.

Se nella molecola degli alcheni compare più di un doppio legame, essi vengono detti polieni e la loro formula generale varia con il numero k dei doppi legami presenti nella molecola. Ricordando che ogni doppio legame comporta due atomi di idrogeno in meno rispetto agli alcani saturi, un poliene ha (2n + 2) – 2k atomi di idrogeno, quindi la formula generale è CnH(2n+2)-2k.
I polieni più comuni sono:

– gli alcheni con due doppi legami e formula generale CnH2n-2, detti dieni;
– gli alcheni con tre doppi legami e quindi formula generale Cn H2n-4, detti trieni.

Essi si scrivono indicando il primo atomo di carbonio dei doppi legami.
Di particolare interesse sono i dieni: essi vengono ottenuti in grande quantità dal petrolio; costituiscono la materia prima per la produzione della gomma sintetica.
In generale, però, si può dire che tutti gli idrocarburi insaturi sono di notevole interesse per le reazioni di polimerizzazione.

L’etene è l’idrocarburo insaturo più importante dal punto di vista industriale: oltre che per la produzione di materie plastiche è utilizzato anche per la sintesi di alcool etilico.

Fanno parte degli alcheni anche i cicloalcheni. Analogamente ai cicloalcani, i cicloalcheni sono idrocarburi con struttura ad anello in cui è presente almeno un doppio legame tra due atomi di carbonio. La formula generale dei cicloalcheni è CnH2n-2.

L’ibridazione sp3 non è l’unica possibile con gli orbitali del carbonio; talvolta, nella sua ibridazione, l’atomo di carbonio può coinvolgere anche solo uno, oppure due dei tre orbitali p disponibili, per dar luogo, con l’orbitale 2s, rispettivamente a due o tre orbitali ibridi.
Quindi l’atomo di carbonio può utilizzare un altro tipo di ibridazione che coinvolge l’orbitale s e due dei tre orbitali p formando così tre orbitali ibridi equivalenti che giacciono su un piano passante per il nucleo dell’atomo di carbonio e per gli assi degli orbitali sp2 diretti verso i vertici di un triangolo equilatero con l’angolo di 120°. L’orbitale p non coinvolto si dispone in posizione perpendicolare al piano del triangolo equilatero formato dai tre orbitali ibridi sp2.
I tre orbitali ibridi così ottenuti sono detti orbitali ibridi del tipo sp2. Il carbonio ibridizzato sp2 si definisce carbonio insaturo.
Come si può notare, quindi, gli orbitali ibridi scelgono l’assetto più stabile, cioè quello che consente loro di disporsi alla massima distanza gli uni dagli altri per ridurre al minimo la loro repulsione.
I tre orbitali ibridi ottenuti presentano per 1/3 le caratteristiche dell’orbitale 2s e per 2/3 le caratteristiche degli orbitali 2p; quindi richiedono da parte degli elettroni una quantità di energia intermedia tra 2s e 2p, ma leggermente inferiore a quella degli orbitali ibridi sp3.
Quando due atomi di carbonio così ibridati si legano tra di loro, sovrapponendo due dei loro orbitali sp2 e formando un legame σ, gli altri quattro orbitali sp2 possono sovrapporsi agli orbitali 1s di altrettanti atomi di idrogeno. La molecola dell’etilene C2H4 presenta questo tipo di ibridazione e risulta apparentemente anomala in quanto i suoi atomi di carbonio non rispettano la disposizione tetraedrica.
Se, però, immaginiamo di allineare i due atomi di carbonio in  modo tale che gli orbitali p non ibridi siano paralleli, questi ultimi possono sovrapporsi parallelamente e non lungo la loro direzione, formando un diverso tipo di legame, detto π (pi greco).
Di conseguenza si stabiliscono due legami tra i due atomi di carbonio, e cioè uno forte σ e uno più debole π, e si definisce questo doppio legame tra i due atomi di carbonio così saldamente legati.
E’ stato possibile misurare la forza totale del doppio legame C⚌C corrispondente a 146 Kcal/mol, di cui 95 Kcal/mol dovute al legame σ e 51 Kcal/mol dovute al legame π. La forza leggermente superiore del legame σ è dovuto alla minore distanza tra i due atomi di carbonio che nell’etilene è di 1,34 Å anziché 1,53 Å misurati per l’etano.
Ai due atomi di carbonio possono legarsi anche altri atomi di carbonio ibridati sp3 o sp2 formando così molecole lineari, ramificate o cicliche aventi uno o più doppi legami.
Il doppio legame C=C rende impossibile la rotazione attorno al legame, in quanto questa comporterebbe la rottura del legame π tra i due atomi di carbonio.
La rotazione, però, non avviene né a temperatura ambiente né a temperature più elevate, in quanto per la rottura del legame π occorre una considerevole quantità di energia.