Organische chemie 1: Een open leerboek
Alkenen ondergaan additiereacties. Vaak voegen ze een proton toe aan het ene eind van de dubbele binding en een andere groep aan het andere eind. Deze reacties verlopen echter op enigszins verschillende manieren.
Alkenen zijn reactief omdat ze een hooggelegen paar π-bindingselektronen hebben. Deze elektronen worden losjes vastgehouden, en zijn hoog in energie vergeleken met σ-bindingen. Het feit dat zij zich niet tussen de koolstofkernen bevinden, maar boven en onder het vlak van de dubbele binding, maakt deze elektronen ook toegankelijker.
Hydrogeenhalogeniden zoals H-Br en H-Cl zijn geschikte elektrofielen voor een eenvoudige additie aan een alkeen. Aangezien het halogeen veel elektronegatiever is dan de waterstof, is de H-X-binding behoorlijk gepolariseerd, waarbij de H een gedeeltelijk positieve lading (δ+) heeft en als het elektrofiele atoom fungeert. In dit voorbeeld voegt HCl toe aan but-1-een om racemisch 2-chloorbutaan te vormen:
Het mechanisme begint met een elementaire stap van de elektrofiele additie, waarbij het alkeen een nieuwe sigmaverbinding vormt met de elektrofiele H, en de H-Cl-binding verbreekt waarbij Cl¯ wordt verplaatst. De tweede elementaire stap is een coördinatiestap, waarbij het chloride-ion het carbokation aanvalt om een tweede sigma-binding te vormen. Merk op dat we in totaal één pi binding hebben verloren, maar een sigma binding hebben gewonnen. Merk op dat hier de regel van Markovnikov wordt gevolgd, want het gevormde secundaire carbokation is stabieler dan het alternatief, dat primair zou zijn geweest.
Video over additie van HX aan alkenen
Probleem EA1.1.
De reactie van 2-methylpropeen (of isobutyleen) met HBr, zoals hierboven afgebeeld, is eigenlijk een 2-stapsproces. Teken dit mechanisme nog eens en label in elk van de twee stappen zowel het nucleofiel als het elektrofiel (dat zijn dus vier labels). Benoem de twee elementaire stappen.
Opgave EA1.2.
Teken een reactieverloopdiagram voor de reactie van 2-methylpropeen met waterstofbromide.
Opgave EA1.3.
Bepaal de snelheidswet voor de reactie van 2-methylpropeen met waterstofbromide.
Hydratie van alkenen
Water kan in aanwezigheid van een zure katalysator aan een alkeen worden toegevoegd, waarbij een alcohol ontstaat.
Water is geen elektrofiel dat sterk genoeg is om een H+ direct aan een alkeen toe te voegen, maar H3O+ is dat wel. Het H3O+ wordt gevormd wanneer zwavelzuur dissocieert in water:
Het alkeen reageert dan met het H3O+ in de elementaire stap van de elektrofiele additie. Het resulterende carbokation is reactief, en water reageert dan gemakkelijk als nucleofiel om de coördinatiestap uit te voeren. Een laatste zuur-base stap, waarbij de H3O+ katalysator wordt geregenereerd, levert het alcoholproduct.
Khan Academy video over hydratatie van alkenen:
