Organische Chemie 1: Ein offenes Lehrbuch
Alkene unterliegen Additionsreaktionen. Oft fügen sie ein Proton an ein Ende der Doppelbindung und eine andere Gruppe an das andere Ende. Diese Reaktionen laufen jedoch auf leicht unterschiedliche Weise ab.
Alkene sind reaktiv, weil sie ein hochliegendes Paar von π-Bindungselektronen besitzen. Diese Elektronen sind locker gehalten, da sie im Vergleich zu σ-Bindungen eine hohe Energie haben. Die Tatsache, dass sie sich nicht zwischen den Kohlenstoffkernen, sondern über und unter der Ebene der Doppelbindung befinden, macht diese Elektronen auch leichter zugänglich.
Wasserstoffhalogenide wie H-Br und H-Cl sind geeignete Elektrophile für eine einfache Addition an ein Alken. Da das Halogen viel elektronegativer ist als der Wasserstoff, ist die H-X-Bindung ziemlich polarisiert, wobei das H eine teilweise positive Ladung (δ+) trägt und als elektrophiles Atom dient. In diesem Beispiel addiert HCl an But-1-en, um racemisches 2-Chlorbutan zu bilden:
Der Mechanismus beginnt mit einem elementaren elektrophilen Additionsschritt, bei dem das Alken eine neue Sigma-Bindung mit dem elektrophilen H bildet und die H-Cl-Bindung unter Verdrängung von Cl¯ bricht. Der zweite elementare Schritt ist ein Koordinationsschritt, bei dem das Chloridion das Carbokation angreift und eine zweite Sigma-Bindung bildet. Man beachte, dass wir insgesamt eine pi-Bindung verloren, aber eine sigma-Bindung gewonnen haben. Beachten Sie, dass hier die Markovnikov-Regel befolgt wird, da das gebildete sekundäre Carbokation stabiler ist als die Alternative, die eine primäre Bindung gewesen wäre.
Video zur Addition von HX an Alkene
Problem EA1.1.
Die Reaktion von 2-Methylpropen (oder Isobutylen) mit HBr, wie oben dargestellt, ist eigentlich ein zweistufiger Prozess. Zeichnen Sie diesen Mechanismus noch einmal und beschriften Sie in jedem der beiden Schritte sowohl das Nukleophil als auch das Elektrophil (das sind also vier Beschriftungen). Benennen Sie die beiden elementaren Schritte.
Problem EA1.2.
Zeichnen Sie ein Reaktionsverlaufsdiagramm für die Reaktion von 2-Methylpropen mit Bromwasserstoff.
Problem EA1.3.
Bestimmen Sie das Geschwindigkeitsgesetz für die Reaktion von 2-Methylpropen mit Bromwasserstoff.
Hydratisierung von Alkenen
Wasser kann in Gegenwart eines sauren Katalysators zu einem Alken gegeben werden, um einen Alkohol zu erzeugen.
Wasser ist kein ausreichend starkes Elektrophil, um ein H+ direkt an ein Alken zu geben, aber H3O+ schon. Das H3O+ wird gebildet, wenn Schwefelsäure in Wasser dissoziiert:
Das Alken reagiert dann mit dem H3O+ im elementaren Schritt der elektrophilen Addition. Das entstandene Carbokation ist reaktiv, und Wasser reagiert dann leicht als Nukleophil, um den Koordinationsschritt durchzuführen. Ein abschließender Säure-Base-Schritt, der den H3O+-Katalysator regeneriert, erzeugt das Alkoholprodukt.
Khan Academy video on hydration of alkenes:
