Αλκένια και αλκίνια: δεσμοί, προσθήκες και δοκιμές

Με μια ματιά

Σε έναν απλό, διπλό ή τριπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα μετράς αντίστοιχα έναν δεσμό σ (σίγμα) και μηδέν, έναν ή δύο δεσμούς π (πι). Για το συνολικό πλήθος προσθέτεις όλους τους δεσμούς σ (σίγμα) άνθρακα-υδρογόνου. Σε προσθήκη διατηρείς τη σύνδεση σ (σίγμα), καταναλώνεις το τμήμα π (πι) και, για πλήρη προσθήκη σε τριπλό δεσμό, ολοκληρώνεις δύο στάδια.

2Κεντρική ιδέα

Σε έναν απλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα μετράς 1 δεσμό σ (σίγμα). Σε έναν διπλό δεσμό μετράς 1 δεσμό σ (σίγμα) και 1 δεσμό π (πι). Σε έναν τριπλό δεσμό μετράς 1 δεσμό σ (σίγμα) και 2 δεσμούς π (πι). Στο συνολικό πλήθος προσθέτεις και όλους τους δεσμούς σ (σίγμα) άνθρακα-υδρογόνου. Σε αντίδραση προσθήκης στον διπλό δεσμό καταναλώνεις το τμήμα π και διατηρείς τη σύνδεση σ. Σε πλήρη προσθήκη στον τριπλό δεσμό ολοκληρώνεις 2 στάδια.

3Εξήγηση

Για άνθρακα με υβριδισμό sp3 χρησιμοποιείς 4 κατευθύνσεις δεσμών σ (σίγμα). Για άνθρακα με υβριδισμό sp2 χρησιμοποιείς 3 κατευθύνσεις δεσμών σ (σίγμα) και 1 μη υβριδισμένο τροχιακό p. Για άνθρακα με υβριδισμό sp χρησιμοποιείς 2 κατευθύνσεις δεσμών σ (σίγμα) και 2 αμοιβαία κάθετα μη υβριδισμένα τροχιακά p. Σε αντίδραση προσθήκης βρωμίου σε διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα παρατηρείς αποχρωματισμό στις συνθήκες της δοκιμής. Χρησιμοποιείς αυτή την παρατήρηση ως ένδειξη ακορεστότητας, αλλά δεν ταυτοποιείς μοναδικά την ένωση. Όταν προσθέτεις μη συμμετρικό αντιδραστήριο σε μη συμμετρικό αλκένιο, εφαρμόζεις τον κανόνα Markovnikov μόνο σε αυτή την περίπτωση. Τοποθετείς το θετικό μέρος, συνήθως το υδρογόνο, στον άνθρακα του διπλού δεσμού που φέρει ήδη περισσότερα υδρογόνα. Σε πλήρη προσθήκη σε τριπλό δεσμό χρησιμοποιείς 2 στάδια και διπλάσια ποσότητα αντιδραστηρίου από την αντίστοιχη απλή προσθήκη σε 1 διπλό δεσμό. Αν σταματάς μετά το 1ο στάδιο, δηλώνεις κατάλληλες συνθήκες ή δίνεις το ενδιάμεσο προϊόν. Στην ενυδάτωση αλκυνίου με τις όξινες συνθήκες και τα ιόντα υδραργύρου του σχολικού μοντέλου σχηματίζεις πρώτα ενολική μορφή, αλλά γράφεις ως τελικό προϊόν την επικρατούσα καρβονυλική μορφή. Από διαλογονίδιο με τα αλογόνα σε γειτονικούς άνθρακες ή στον ίδιο άνθρακα σχηματίζεις αλκύνιο με 2 αντιδράσεις απόσπασης. Χρησιμοποιείς 2 ισοδύναμα βάσης σε αλκοολικό μέσο και περιλαμβάνεις 2 άλατα αλογονιδίου και 2 μόρια νερού στην εξίσωση. Για αλκύνιο του οποίου ο τριπλός δεσμός καταλήγει σε υδρογόνο χρησιμοποιείς αμμωνιακό διάλυμα χλωριούχου χαλκού(I) και παρατηρείς ίζημα. Μπορείς επίσης να χρησιμοποιήσεις νάτριο ή κάλιο και να παρατηρήσεις έκλυση υδρογόνου. Με αυτές τις δοκιμές διακρίνεις το όξινο ακραίο αλκύνιο, αλλά δεν καθορίζεις μοναδικά τον ανθρακικό σκελετό χωρίς πρόσθετα δεδομένα.

4Παράδειγμα

Μελετάς το αιθένιο $\chem{CH_2{=}CH_2}$.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Μετράς τους 4 δεσμούς άνθρακα-υδρογόνου ως 4 δεσμούς σ (σίγμα).

2. Δείξε το βήμα 2

   Αναλύεις τον 1 διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα σε 1 δεσμό σ (σίγμα) και 1 δεσμό π (πι).

3. Δείξε το βήμα 3

   Προσθέτεις τα επιμέρους πλήθη και βρίσκεις συνολικά 5 δεσμούς σ (σίγμα) και 1 δεσμό π (πι).

5Παράδειγμα

Μελετάς την προσθήκη $\chem{HBr}$ στο προπένιο $\chem{CH_2{=}CHCH_3}$. Αριθμείς τους άνθρακες του διπλού δεσμού από αριστερά προς τα δεξιά.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Ελέγχεις ότι το αλκένιο και το αντιδραστήριο είναι μη συμμετρικά, οπότε μπορείς να εφαρμόσεις τον κανόνα Markovnikov.

2. Δείξε το βήμα 2

   Συγκρίνεις τους άνθρακες του διπλού δεσμού και βρίσκεις ότι ο 1ος φέρει 2 υδρογόνα, ενώ ο 2ος φέρει 1 υδρογόνο.

3. Δείξε το βήμα 3

   Τοποθετείς το θετικό μέρος του αντιδραστηρίου, το υδρογόνο, στον 1ο άνθρακα, επειδή αυτός φέρει ήδη περισσότερα υδρογόνα.

4. Δείξε το βήμα 4

   Γράφεις ως κύριο προϊόν το $\chem{CH_3CHBrCH_3}$.

6Παράδειγμα

Ξεκινάς από το 1,2-διβρωμοαιθάνιο $\chem{BrCH_2CH_2Br}$ και χρησιμοποιείς αλκοολικό διάλυμα $\chem{KOH}$.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Αναγνωρίζεις ότι τα 2 άτομα βρωμίου βρίσκονται σε γειτονικούς άνθρακες, οπότε μπορείς να σχηματίσεις αλκύνιο με 2 αντιδράσεις απόσπασης.

2. Δείξε το βήμα 2

   Επιλέγεις 2 ισοδύναμα βάσης και δηλώνεις αλκοολικό μέσο.

3. Δείξε το βήμα 3

   Συμπληρώνεις την ισοσταθμισμένη εξίσωση $\chem{BrCH_2CH_2Br} + 2\chem{KOH} \rxn \chem{C_2H_2} + 2\chem{KBr} + 2\chem{H_2O}$

7Παράδειγμα

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Καταγράφεις ότι το άγνωστο δείγμα αποχρωματίζει το βρώμιο στις συνθήκες της σχολικής δοκιμής.

2. Δείξε το βήμα 2

   Συμπεραίνεις ότι η παρατήρηση υποστηρίζει την παρουσία ακορεστότητας.

3. Δείξε το βήμα 3

   Αποφεύγεις τη μοναδική ταυτοποίηση, επειδή ο αποχρωματισμός του βρωμίου μόνος του δεν καθορίζει μία συγκεκριμένη ένωση.

8Συχνά λάθη

• Μην μετράς έναν διπλό δεσμό ως 2 δεσμούς σ (σίγμα) ή έναν τριπλό δεσμό ως 3 δεσμούς σ (σίγμα).
• Μην παραλείπεις τους δεσμούς σ (σίγμα) άνθρακα-υδρογόνου όταν ζητείται το συνολικό πλήθος δεσμών.
• Μην εφαρμόζεις τον κανόνα Markovnikov αν το αλκένιο ή το αντιδραστήριο δεν ταιριάζει στη δηλωμένη μη συμμετρική περίπτωση.
• Μην παρουσιάζεις προσθήκη 1 σταδίου σε αλκύνιο χωρίς κατάλληλες συνθήκες ή χωρίς το ενδιάμεσο προϊόν.
• Μην δίνεις την ενολική μορφή ως τελικό προϊόν της ενυδάτωσης αλκυνίου όταν ζητείται η καρβονυλική μορφή.
• Μην παραλείπεις τα 2 ισοδύναμα βάσης, τα 2 άλατα αλογονιδίου ή τα 2 μόρια νερού στη διπλή απόσπαση προς αλκύνιο.
• Μην ταυτοποιείς μοναδικά μία ένωση μόνο από τον αποχρωματισμό του βρωμίου.
• Μην θεωρείς ότι η θετική δοκιμή ακραίου αλκυνίου καθορίζει μοναδικά τον ανθρακικό σκελετό.