Alkeny. Wzór ogólny alkenów C n H 2n. (Uwaga identyczny wzór ogólny mają cykloakany!!!)

Transkrypt

1 Alkeny Wzór ogólny alkenów n 2n (Uwaga identyczny wzór ogólny mają cykloakany!!!) Węglowodory nienasycone, zawierające wiązanie podwójne, hybrydyzacja atomow węgla biorących udział w tworzeniu wiązania podwójnego sp 2 Odmienne właściwości chemiczne niż węglowodory nasycone Reakcja addycji elektrofilowej

2 Budowa najprostszych alkenów i grup z nich utworzonych a) eten (t. wrz = -104 o ) (zwyczajowo: etylen) π σ sp b) propen (t. wrz = -48 o ) 2 3 atomy winylowe atomy allilowe c) grupa winylowa: (etenylowa) 2 grupa allilowa: (prop-2-enylowa) 2 2

3 Reguły nazewnictwa alkenów 1) Należy wskazać łańcuch główny, czyli najdłuższy łańcuch zawierający wiązanie podwójne. Głównym łańcuchem w związku na rys. 3.2d jest zatem sześciowęglowy łańcuch z wiązaniem podwójnym, a nie łańcuch nasycony o siedmiu atomach węgla. 3 4 a) b) c) but-1-en (t. wrz. = -6 o ) 2-metylopropen (t. wrz. = -7 o ) d)

4 Reguły nazewnictwa alkenów 2) Atomy węgla w łańcuchu głównym numeruje się zaczynając od końca łańcucha bliższego wiązania podwójnego. Gdy wiązanie znajduje się w równej odległości od obu końców, należy wybrać taką numerację, aby podstawniki miały jak najniższe lokanty. Numerację łańcucha związku d rozpoczęto zatem od winylowego atomu węgla, choć spowodowało to nadanie podstawionym atomom numerów 3 i 5. Przy niepoprawnej numeracji od przeciwnego końca łańcucha, atomy węgla z podstawnikami miałyby niższe numery (2 i 4), lecz wiązanie podwójne rozpoczynałoby się od atomu numer 5. 3) Położenie wiązania podwójnego podaje się jako liczbę (lokant) pomiędzy rdzeniem nazwy (określającym liczbę atomów głównym łańcuchu, np. prop-, but-, heks-) a końcówką -en, oddzieloną poziomymi kreskami. Związek d należy zatem nazwać jako pochodną heks-1-enu. 4) Wszystkie grupy znajdujące się przy głównym łańcuchu porządkuje się w kolejności alfabetycznej i poprzedza je lokantami i, ewentualnie, przedrostkami zwielokrotniającymi w przypadku dwóch lub więcej identycznych grup, podobnie jak miało to miejsce przy nazywaniu alkanów. Ostateczną nazwą analizowanego alkenu jest: 5-metylo-3-propyloheks-1-en d)

5 Reguły nazewnictwa alkenów Izomery położeniowe a i b zgodnie z podanym systemem nazywają się: but-1-en oraz but-2-en. W wielu podręcznikach i innych źródłach funkcjonuje starszy sposób podawania nazwy, w którym lokant podawany był przed nazwą rdzenia związku, np. 1-buten czy 2-buten. Jest to jednak system niezgodny z najnowszymi regułami nomenklatury IUPA a) b) 3 3 but-1-en but-2-en

6 Reguły nazewnictwa alkenów W podobny sposób podaje się nazwy cykloalkenów, zawsze zaczynając numerację od atomów połączonych wiązaniem podwójnym (muszą mieć one numery 1 i 2), tak aby pierwszy z podstawników był przy atomie węgla o jak najniższym numerze. W przypadku pierścieni z jednym wiązaniem podwójnym nie ma konieczności podawania położenia wiązania podwójnego (czyli lokantu przed -en), gdyż domyślnie znajduje się ono między atomami 1 i 2. l e) f) 1 l metylocykloheksen 1,5-dichlorocyklopenten

7 Reguły nazewnictwa alkenów Jeżeli związek posiada dwa lub więcej wiązań wielokrotnych, łańcuch (pierścień) główny musi zawierać maksymalną ich liczbę. W przypadku związku 3.2h łańcuchem głównym jest łańcuch o tylko pięciu atomach węgla, lecz zawierający dwa wiązania podwójne. Jeżeli istnieje kilka możliwości wskazania łańcucha o identycznej liczbie wiązań wielokrotnych, wybiera się łańcuch najdłuższy. Numerację należy prowadzić w taki sposób, aby wszystkie wiązania miały jak najniższe numery. Do rdzenia nazwy określającego liczbę atomów w łańcuchu (pierścieniu) głównym dopisuje się końcówkę oznaczającą liczbę wiązań podwójnych (-dien dla dwóch, -trien dla trzech, -tetraen dla czterech itp.), poprzedzając ją odpowiednim zbiorem lokantów. Poza tym obowiązują takie same reguły, jak w przypadku nazewnictwa alkenów. Należy zwrócić uwagę, że przy końcówkach rozpoczynających się spółgłoską (-dien, -trien, -tetraen) do rdzenia nazwy dopisuje się "a" łącznikowe, ułatwiające wymowę nazwy związku, np. 2-metylobuta-1,3-dien (dla związku g), 2,4-dietylopenta-1,4-dien (dla związku h) lub nona-2,3,5,7-tetraen (dla związku o wzorze 3==-=-=-3). g) metylobuta-1,3-dien (t. wrz. = +34 o ) (zwyczajowo: izopren) h) ,4-dietylopenta-1,4-dien

8 Reguły nazewnictwa alkenów Gdy wiązanie podwójne nie zawiera się w całości ani w pierścieniu ani w łańcuchu głównym, jeden z fragmentów należy potraktować jako podstawnik połączony z resztą cząsteczki wiązaniem podwójnym. Nazwę takiego podstawnika tworzy się zastępując końcówkę "-ylo " (np. w etylo) końcówką -ylideno (-etylideno). Wyjątkiem jest grupa =2, którą nazywa się "metyleno". i) etylidenocyklopentan

9 Izomeria Z-E w alkenach W cząsteczce butanu cząsteczki różniące się kątem obrotu wokół wiązania σ 2-3 są po prostu różnymi konformacjami tego samego związku, które błyskawicznie mogą się wzajemnie w siebie przekształcać butan but-2-en 3 σ 3 swobodny obrót σ π σ obrót nie jest możliwy 3 π σ 3 różne konformacje tego samego związku (E)-but-2-en (t. wrz. = +1 o ; t. topn. = -106 o ) dwa różne związki! (Z)-but-2-en (t. wrz. = +4 o ; t. topn. = -139 o ) Obecność wiązania π, które jak klamra łączy sąsiadujące atomy węgla, uniemożliwia obrót fragmentów cząsteczki wokół = bez jego rozerwania

10 Izomeria Z-E w alkenach Rozpoznawanie możliwości tworzenia izomerów Z-E a) X Y W Z X Y Z W gdy X = Y oraz W = Z różne związki: para izomerów Z - E b) identyczne 2 3 ten sam związek: but-1-en różne! różne! 2 3 identyczne d) e) Br Br Br 3 Br (Z)-1,2-dibromoeten (E)-1,2-dibromoeten (t.topn. = -53 o ) (t.topn. = -6 o ) dwa różne związki! c) różne 3 3 l 3 l 3 ten sam związek: 1-chloro-2-metylopropen l 3 (Z)-2-chlorobut-2-en różne 3 l dwa różne związki 3 (E)-2-chlorobut-2-en

11 Reguły pierwszeństwa (ahna Ingolda Preloga) Reguła 1. Jeżeli oba atomy połączone z rozpatrywanym atomem węgla są różne, to pierwszeństwo grup zależy od liczb atomowych, przy czym priorytet ma atom o większej liczbie atomowej. Jeżeli dwa atomy są izotopami tego samego pierwiastka, to pierwszeństwo ma atom o większej liczbie masowej. Reguła 2. Jeżeli nie można na podstawie reguły 1 ustalić względnego pierwszeństwa dwóch grup, to należy przeprowadzić podobne porównanie następnych atomów w tych grupach (jeżeli i to nie przyniesie rozstrzygnięcia, należy przesunąć się jeszcze dalej od centrum chiralności). Oznacza to, że jeżeli pierwsze dwa atomy przy rozpatrywanym atomie węgla są takie same, to porównuje się następne atomy z nimi połączone. Reguła 3. W przypadku wiązania podwójnego lub potrójnego oba atomy połączone takim samym wiązaniem rozpatruje się jako podwojone lub potrojone

12 Otrzymywanie alkenów 1. Dehydrohalogenowanie (utrata X z halogenku alkilowego) 2. Dehydratacja (utrata wody z alkoholu) Br KO EtO + KBr + 2 O 3 3 O 2 SO 4, 2 O TF, T + 2 O O TF - tetahydrofuran

13 Mechanizm addycji elektrofilowej

14 Orientacja addycji elektrofilowej: reguła Markownikowa. Reguła Markownikowa: Podczas przyłączania X do alkenu, przyłącza się do atomu węgla, który ma mniej podstawników, X przyłącza się do atomu węgla, który ma mniej podstawników alkilowych.

15 Trwałość karbokationów

16 Reakcje alkenów

17 Addycja fluorowców Do alkenów chętnie przyłączają się chlor i brom. Fluor jest bardzo reaktywny i trudno jest w warunkach laboratoryjnych przeprowadzić jego reakcje z alkenami. Jod nie reaguje z większością alkenów. Br 2 w l 4 Br Br

18 Uwadnianie alkenów: oksyrtęciowanie Do prostych alkenów można przyłączyć wodę otrzymując alkohol w procesie uwodnienia (hydratacji) + 2 O 2 SO 4 katalizator 250 o 3 2 O 3 1. g(oac) 2, 2 O/TF 2. NaB 4 3 O

19 Redukcja alkenów - uwodornienie Alkeny reagują z wodorem w obecności katalizatora dając alkany, będące produktami przyłączenia wodoru do wiązania podwójnego wiązanie podwójne zostaje uwodornione albo zredukowane.

20 Utlenianie alkenów: hydroksylowanie W reakcji alkenu z czterotlenkiem osmu do każdego z atomów węgla tworzących wiązanie podwójne zostaje przyłączona grupa hydroksylowa hydroksylowanie

21 Polimeryzacja rodnikowa alkenów Polimer wielka cząsteczka, utworzona przez powtarzające się łączenie ze sobą wielu mniejszych cząsteczek, zwanych monomerami.