Transcript: Alchene – proprietăţi chimice

Știm deja că alchenele sunt hidrocarburi nesaturate care conțin o legătură dublă și mai știm că o legătură dublă e formată dintr-o legătură sigma și o legătură pi.
Legăturile pi sunt cu mult mai instabile decât legăturile sigma.
Deci, legăturile duble și legăturile triple se pot rupe destul de ușor, fapt care explică reactivitatea mare a alchenelor și a altor compuși organic care conțin astfel de legături.
Alchenele pot participa la reacții prin care se rupe numai legătura pi sau la reacții care au loc cu ruperea totală a dublei legături.
Astfel de reacții sunt adiția, oxidarea și polimerizarea.
Acestea sunt reacții specifice legăturii duble, adică reacții specifice pentru hidrocarburile nesaturate.
Alchenele participă și la reacții de ardere și de substituție.
Acestea sunt reacții comune cu cele ale alcanilor.
Într-o alchenă sunt anumite legături care au energii de legătură mai mici, adică se rup mai ușor.
Acestea sunt legătura pi din legătura dublă, după cum am mai zis, și legătura dintre atomul de carbon hibridizat SP3, care am mai zis data trecută că se numește alilic, și hidrogenul din poziția vecină legăturii duble.
Aceasta se numește poziție alilică.
Deci aceste două legături se rup mai ușor.
Reacțiile de adiție, de polimerizare și de oxidare au loc la legătura dublă, iar reacțiile de substituție au loc la poziția alilică.
Reacția de adiție este o reacție specifică legăturii duble.
În această reacție se rupe numai legătura pi.
Astfel se formează câte o nouă legătură sigma la fiecare atom de carbon participant la legătura dublă, moment în care se pot insera în moleculă diversi alți atomi.
Între cei doi atomi de carbon rămâne o legătură sigma.
Cea mai simplă reacție de adiție este adiția hidrogenului sau hidrogenarea, reacție ce presupune adiția unei molecule de hidrogen la o alchienă.
În urma acestei reacții de hidrogenare obținem alcanii corespunzător.
Pentru a putea face asta avem nevoie de catalizatori metalici precum nichel, platină sau paladiu, de temperaturi între 80 și 180 de grade Celsius și de presiuni ridicate de până la 200 de atmosfere.
Avem nevoie de aceste condiții de reacție pentru a despărți cei doi atomi de hidrogen din molecula de hidrogen, legătura dintre ei fiind foarte puternică.
Dar după ce se întâmplă asta, atomii de hidrogen se leagă rapid de alchienă, transformând legătura dublă într-o legătură simplă.
În acest exemplu am obținut etan prin hidrogenarea etenei.
Mai sunt și alte molecule care pot rupe legătura dublă.
Prin adiția halogenilor, clor, brom sau iod, la legătura dublă, obținem compuși dihalogenați în care cei doi atomi de halogen sunt învecinați.
Acești compuși se numesc derivați halogenați vicinali.
Aceasta este reacția de halogenare.
Dintre clor, brom și iod, cel mai ușor se adiționează clorul, apoi bromul și cel mai greu se adiționează iodul.
Hidracizii, adică acidul clorhidric, bromhidric și iodhidric, se adiționează la alchiene, formând derivați monohalogenați.
În reacția de adiție, cel mai reactiv dintre hidracizi este acidul iodhidric, urmat de acidul bromhidric, iar cel mai puțin reactiv este acidul clorhidric.
Pentru adiția acidului clorhidric la alchiene, avem nevoie de prezența unor catalizatori, precum clorura de mercur sau clorura de fier.
Prin reacția de adiție dintre etenă și acid bromhidric, obținem bromoetanul, adică derivatul monohalogenat saturat al etenii.
De cei doi atomi de carbon participanți la dubla legătură, este legat un număr egal de atom de hidrogen.
Avem doi atomi de hidrogen aici și doi la acest atom. Așadar, spunem că etena este o alchienă simetică.
Însă, spre exemplu, în cazul propenei, lucrurile stau diferit.
Vedem că acest atom de carbon se leagă de doi atomi de hidrogen, iar acesta de un singur atom de hidrogen.
Alchienele în care cei doi atomi de carbon din dubla legătură se leagă de un număr diferit de atom de hidrogen sunt alchiene asimetrice.
În acest caz, adiția hidracizilor este orientată sau regioselectivă.
Chimistul rus Vladimir Markovnikov este cel care a studiat mecanismul acestei reacții.
Markovnikov a observat că atomul de hidrogen din molecula hidracidului se fixează la atomul de carbon care are cel mai mare număr de atom de hidrogen,
iar atomul de halogen se fixează la atomul de carbon al dublei legături care are numărul mai mic de atom de hidrogen.
Obținem tot un derivat monohalogenat saturat.
Această regulă se numește regula lui Markovnikov.
Să luăm exemplul adiției acidului bromhidric la izobuteno.
Ne interesează cei doi atomi de carbon participanți la dubla legătură.
Conform regulii lui Markovnikov, atomul de brom se va fixa de acest atom de carbon, iar atomul de hidrogen se va fixa de acest atom de carbon.
Și am obținut astfel doi bromom, doi metilpropanul.
Adiția apei la alchene are loc în prezența acizilor tari, precum acidul sulfuric concentrat, acidul clorhidric, bromhidric sau acidul azotic.
Acești acizi tari au rol de catalizatori. Produșii de reacție sunt alcolii.
La alchenele nesimetrice, adiția apei se face tot conform regulii lui Markovnikov.
Atomul de hidrogen se fixează de carbonul care are mai mulți atomi de hidrogen, iar gruparea hidroxil se leagă de atomul de carbon din legătura dublă care are mai puțini atomi de hidrogen.
În acest caz am obținut doi propanolul din propaină.
O reacție cu foarte multe aplicații practice importante este polimerizarea alchenelor.
Polimerizarea este procesul prin care un număr mare de molecule ale acelorși reactant, numit monomer, se leagă între ele și formează o macromoleculă, adică un polimer.
Alchenele se poton între ele și formează macromolecule compuse din unități identice, care se repetă de zeci, sute sau chiar de mii de ori.
Polimerizarea alchenelor este ca o reacție de poliaditie.
Se rupe legătura pi din fiecare alchenă și se formează noi legături sigma-carbon-carbon.
N este numărul de molecule de monomer care formează polimerul și se numește grad de polimerizare.
De exemplu, prin polimerizarea etenei, obținem polietilena.
Între parantezei, scrie monomerul care se repetă de N ori.
Prin polimerizarea clorurii de vinil, obținem policlorura de vinil.
Pe scurt, PVC, denumire care sigur vă sună familiar.
Polimerii care se obțin din etenă sau din etenă substituită, cum este clorura de vinil, se numesc polimerii vinilici.
Cu toții ne folosim de polimerii vinilici în viața noastră de zi cu zi.
De exemplu, aceste cutii de plastic sunt făcute din polietilena.
Din PVC sunt făcute diverse instalații și țevi.
Iar din poliacrilonitril obținem blănuri sintetice și pături și alte materiale sintetice cu rezistență mare.
Și acestea sunt doar câteva exemple.
În continuare, haideți să vedem ce presupune reacția de oxidare al chenelor.
Oxidare al chenelor poate fi oxidare blândă sau oxidare energică, în funcție de condițiile de reacție.
Prin oxidare al chenelor cu soluție apasă de permanganat de potasiu, în mediu bazic, la rece,
obținem niște compuși organici care se numesc diol vicinal sau glicol.
În condițiile în care foarte multe reacții din chimia organică au loc la temperaturi de câteva sute de grade,
temperatura camerei e considerată o temperatură scăzută.
Deci, la rece nu înseamnă temperaturi apropiate de 0 grade, ci mai degrabă temperaturi apropiate de temperatura camerei.
Dioli sunt compuși care conțin două grupări hidroxid.
Aceasta este oxidarea blândă.
De exemplu, prin oxidarea blândă a doi butenei, în prezență de permanganat de potasiu în mediu bazic,
obținem 2-3 butani dioli.
Oxidarea energică a alchienelor se face cu dicromat de potasiu în mediu acid,
adică în prezență de acid sulfuric concentrat,
sau oxidarea energică se mai poate face cu permanganat de potasiu, tot în mediu acid.
Am văzut că în cazul oxidării blânde se formează dioli,
deci se rupe doar legătura pi, însă între atomii de carbon participați la legătura dublă mai rămâne o legătură sigma.
În cazul oxidării energice se rupe complet legătura dublă carbon-carbon
și se formează amestecuri de diferiți produgi de oxidare care depinde structura inițială alchienii.
Dacă atomul de carbon din dubla legătură este legat de un atom de hidrogen,
se formează un acid carboxil.
Grupa funcțională COH are această structură,
iar aceasta este formula generală a unui acid carboxil.
Atomul de carbon implicat în legătura dublă, care se află la capătul unei catene,
deci are doi atomi de hidrogen,
se va oxida până la dioxid de carbon și apă.
Dacă atomul de carbon implicat în legătura dublă nu este legat de niciun atom de hidrogen,
atunci se formează un compus carbonilic, adică o cetonă.
Structura a grupei funcționale carbonil este aceasta, carbon legătură dublă oxigen.
Celălalt atom de carbon are doi atomi de hidrogen,
deci se oxidează până la dioxid de carbon și apă.
În toate aceste exemple, R și R' pot fi radicalii alchil identici sau diferiți.
Să luăm exemplul 2-butenei.
Prin oxidare energică cu permanganat de potasiu în mediul acid,
obținem două molecule de acid acetic.
Ambii atomi de carbon participați la legătura dublă sunt legați de câte un atom de hidrogen.
În cazul oxidării energice a doi metil-doi-butenei,
obținem o moleculă de acetonă,
deci aceasta e gruparea carbonil-specifică cetonelor,
și obținem și o moleculă de acid acetic.
Reacțiile de substituție nu sunt caracteristice alchienelor,
ci hidrocarburilor saturate, precum alcanii.
Însă, după cum am precizat la începutul lecției,
atomii de hidrogen legați de un atom de carbon din poziția alinică,
adică poziția vecină dublei legături,
sunt mai reactivi decât atomii de hidrogen de la ceilalți atomi de carbon din catena alchienic.
Astfel, la temperaturi indicate, între 500 și 600 grade Celsius,
are loc substituția atomilor de hidrogen din poziție alinică cu atom de clor sau bro.
De exemplu, prin tratarea propenei cu clor la 500 grade Celsius,
obținem cloropropena, compus care se mai numește uzual și clorură de alin.
Clorura de alin e folosită pentru obținerea industrială a glicerinei,
compus de care ați mai auzit cu siguranță.
Acestea sunt cele mai importante reacții la care participă alchienele.
Observăm că aplicațiile practice ale compușilor organici sunt din ce în ce mai diverse.
Le zile viitoare vom discuta și despre compușii care au în structura lor mai mult de o legătură dublă sau chiar o legătură triplă.