3. fejezet - Alkének. Szerves reakciók

Alkének

• C=C kettõs kötés
• C_nH_2n általános képlet
• telítetlen
• nem "telített" teljesen hidrogénnel
• a telítetlen zsírok is tartalmaznak kettõs kötést (könnyebb megemészteni)
• a cikloalkánok általános képlete szintén C_nH_2n

Alkén nómenklatúra

• az alap alkén a leghosszabb egybefüggõ szénlánc, mely tartalmazza a kettõs kötést
• a számozás arról az oldalról indul, ahonnan a kettõs kötés a kisebb számot kapja
• az utótag: -én
• a szubsztituenseket a szokásos módon nevezzük el

Cikloalkén nómenklatúra

• a kettõs kötés szénatomjai a C1-C2
• abba az irányba számozunk, amerre a szubsztituensek kisebb számot kapnak
• 3-metil-ciklohexén
• 5,5-dimetil-1,3-ciklopentadién

Az alkének szerkezete

• a C=C kettõs kötés egy s- és egy p-kötés
• sp² hibridizáció (trigonális planáris)
• a p-kötés nem forog
• az etilén nem rendelkezik más konformerekkel, nem úgy, mint az etán

Cisz-transz izomerek

• a sztereoizoméria másik példája
• a 2-buténnek két izomere létezik
• transz-2-butén
• cisz-2-butén
• általában a transz stabilabb, mint a cisz
• egy alkénnek akkor vannak cisz-transz izomerei, ha mindkét szénhez két különbözõ csoport kapcsolódik

Sztereokémiai elnevezések

• a cisz-transz csak diszubsztituált alkéneknél használatos
• az E,Z elnevezés általánosabb

Az E,Z elnevezés

• rendeljünk prioritást a kettõs kötés szénjeihez kapcsolódó mindkét csoporthoz (magas, alacsony mindkét C-re)
• ha a két magas prioritású csoport azonos oldalon van, az Z
• ha a két magas prioritású csoport ellentétes oldalon van, az E

Sorrend szabályok

• rangsoroljuk a kettõs kötés szénatomjaihoz kapcsolódó csoportokat a közvetlenül kapcsolódó atomok szerint
• a nagyobb értéket
• a nagyobb rendszámú kapja
• ha a két szám egyezik, a következõ kapcsolódó atomokat rangsoroljuk

Nómenklatúra gyakorlat

• (E)-3,4-dimetil-2-oktén
• (Z)-3,4-dimetil-2-oktén

Reakciótípusok

• addíció
• A + B —> C
• H-Cl + CH₂=CH₂ —> CH₃-CH₂-Cl
• elimináció
• X —> Y + Z
• CH₃-CH₂-Cl —> CH₂=CH₂ + H-Cl
• szubsztitútió
• A-B + C-D —> A-C + B-D
• CH₄ + Cl₂ —> CH₃-Cl + H-Cl
• átrendezõdés
• X —> Y
• ciklopropán —> propén

Reakciómechanizmusok

• beszámoló a reakcióról: hogyan (és miért) megy végbe
• kötésfelhasadás:
• homolitikus: mindkét fragmensnek egy-egy elektron
• » gyökök keletkeznek
• heterolitikus: mindkét elektron az egyik fragmenshez kerül
• » ionok keletkeznek
• kötéskialakulás:
• homogén vagy heterogén

Elektronmozgás

• a mechanizmusban az elektronok áramlását elektroneltolás nyilak jelzik
• elektrofil:
• elektronhiányos molekulák, elektronpárt keresnek
• (Lewis-sav )
• nukleofil:
• elektronban gazdag molekulák, elektronpárt képesek adni
• (Lewis bázis )

HCl + etilén

• CH₂=CH₂ + H-Cl —> CH₃-CH₂-Cl
• elektrofil addíció
• a reakció tipusa addíció
• a reagens elektrofil
• a Cl, ténylegesen a H⁺, erõs Lewis-sav

Az addíció mechanizmusa

• a p-kötés viszonylag reakcióképes, különösen elektrofilekkel szemben
• jó elektronforrásként viselkedik
• amikor a H⁺ addícióval kaocsolódik a CH₂=CH₂ -hez, új C-H s-kötés keletkezik
• az elektronok az új kötéshez a p-kötésbõl jönnek
• a másik szénen csak 6 e^- marad

Karbokation intermedier

• az intermedier a reakció köztiterméke
• CH₂=CH₂ + H⁺ —> CH₃-CH₂⁺
• a karbokation: olyan szénatom, melynek csak három kötése (6 e-) és negatív töltése van
• szerkezete: sp² hibrid (trigonális)

Az etil-klorid keletkezése

• a reakció úgy fejezôdik be, hogy egy klorid-anion (nukleofil) kerül a karbokationra (elektrofil) addícióval
• CH₃-CH₂⁺ + Cl^- —> CH₃-CH₂-Cl

Egyensúly

• egy általános reakcióra:
• a A + b B <==> c C + d D
• az egyensúlyi állandó, K
• K = [C]c [D d / [A]a [B]b
• a kedvezményezett reakciónak nagyobb a K-ja
• a kevésbé kedvezményezett reakció K-ja kisebb

Kinetika

• reakciósebesség
• nem mindig van összefüggésben azzal, hogy merre tolódik el az egyensúly
• a sebesség a reakciómechanizmustól függ
• létezik jó út a reaktánsoktól a termékekig?

Reakcióhõ

• D H: entalpia változás
• D H = H(termékek) - H(reaktánsok)
• exoterm
• D H < 0 (negatív)
• a reakció hõt termel
• endoterm
• H > 0 (pozitív)
• a reakció hõt nyel el

A potenciális energia diagramjai

• az exoterm reakció vonala lefelé megy
• az endoterm reakció vonala emelkedik

Aktivációs energia: E_a

• általában a termékek és a reaktánsok között energiagát van
• az aktiválási energia azt a legnagyobb energiamennyiséget jelenti, amely ahhoz szükséges, hogy a reakció végbemenjen (a reaktánsokból kiindulva)

Az átmeneti állapot

• a molekulák szerkezete a potenciálgörbe legmagasabb pontján
• az átmeneti állapot stabilitása (a reaktánsokhoz viszonyítva) határozza meg az E_a-t (reakciósebesség)

Vissza