Chemia organiczna 1: podręcznik otwarty
Alkeny ulegają reakcjom addycji. Często dodają one proton do jednego końca wiązania podwójnego i inną grupę do drugiego końca. Reakcje te przebiegają jednak w nieco inny sposób.
Alkeny są reaktywne, ponieważ posiadają wysoko położoną parę elektronów wiązania π. Elektrony te są luźno trzymane, mają wysoką energię w porównaniu do wiązań σ. Fakt, że nie są one zlokalizowane pomiędzy jądrami węgla, ale znajdują się powyżej i poniżej płaszczyzny wiązania podwójnego, również czyni te elektrony bardziej dostępnymi.
Halogenki wodoru takie jak H-Br i H-Cl są odpowiednimi elektrofilami dla prostej addycji do alkenu. Ponieważ halogen jest znacznie bardziej elektronegatywny niż wodór, wiązanie H-X jest dość spolaryzowane, z H niosącym częściowy ładunek dodatni (δ+) i służącym jako atom elektrofilowy. W tym przykładzie HCl dodaje się do but-1-enu tworząc racemiczny 2-chlorobutan:
Mechanizm rozpoczyna się od elementarnego etapu addycji elektrofilowej, w którym alken tworzy nowe wiązanie sigma z elektrofilowym H i przerywa wiązanie H-Cl wypierając Cl. Drugim krokiem elementarnym jest krok koordynacyjny, gdzie jon chlorkowy atakuje karbokation tworząc drugie wiązanie sigma. Zauważmy, że w sumie straciliśmy jedno wiązanie pi, ale zyskaliśmy wiązanie sigma. Zauważ, że Reguła Markovnikova jest przestrzegana tutaj, ponieważ wtórny karbokation utworzony jest bardziej stabilny niż alternatywa, która byłaby pierwotna.
Wideo na temat addycji HX do alkenów
Problem EA1.1.
Reakcja 2-metylopropenu (lub izobutylenu) z HBr, przedstawiona powyżej, jest w rzeczywistości procesem dwuetapowym. Narysuj ponownie ten mechanizm i w każdym z dwóch etapów oznacz zarówno nukleofil, jak i elektrofil (czyli cztery etykiety). Nazwij dwa etapy elementarne.
Zadanie EA1.2.
Narysuj wykres przebiegu reakcji dla reakcji 2-metylopropenu z bromowodorem.
Zadanie EA1.3.
Opisz prawo szybkości dla reakcji 2-metylopropenu z bromowodorem.
Hydratacja alkenów
Woda może być dodana do alkenu w obecności katalizatora kwasowego, aby otrzymać alkohol.
Woda nie jest wystarczająco silnym elektropolem, aby dodać H+ bezpośrednio do alkenu, ale H3O+ jest. H3O+ powstaje, gdy kwas siarkowy dysocjuje w wodzie:
Alken następnie reaguje z H3O+ w elementarnym etapie addycji elektrofilowej. Powstała karbokation jest reaktywny, a woda łatwo reaguje jako nukleofil, aby wykonać etap koordynacji. Końcowy etap kwasowo-zasadowy, regenerujący katalizator H3O+, wytwarza produkt alkoholowy.
Film Akademii Khana na temat hydratacji alkenów:
.