PROPRIETĂŢI CHIMICE

ALCHENE

CONSIDERAŢII ENERGETICE

Reacţiile la care participă alchenele sunt determinate de structura alchenei.

O legătură chimică este cu atât mai stabilă cu cât are o energie mai scăzută. Pentru a identifica legăturile chimice cele mai labile din molecula alchenei se impune să studiem comparativ energiile de legătură.

CONSIDERAŢII ENERGETICE

Studiind figura alăturată se observă că legătura p are energia cea mai mică, deci este cea mai reactivă.

R C C CH CH R

H H H Hs

p

105 kcal/mol

83 kcal/mol

77 kcal/mol

62 kcal/mol

98 kcal/mol

83 kcal/mol

Următoarea legătură ca şi reactivitate este legătura C-H din poziţia vecină cu legătura dublă, numită poziţie alilică.

REACŢIILE ALCHENELORR

EA

CŢ

IIL

E

AL

CH

EN

EL

OR

1. REACŢII DE ADIŢIE

a. Adiţia hidrogenului

b. Adiţia halogenilor

c. Adiţia hidracizilor

d. Adiţia apei2. REACŢIA DE POLIMERIZARE3. REACŢIA DE

SUBSTITUŢIE ÎN POZIŢIA ALILICĂ

4. REACŢII DE OXIDAREa. Oxidarea blândă

b. Oxidarea energică

REACŢII DE ADIŢIE

Reacţiile de adiţie sunt reacţii care au loc cu desfacerea legăturii p din legătura dublă, şi formarea a câte o legătură s intre atomii de carbon din legătura dublă şi cele două fragmente ale reactantului. Cei doi atomi de carbon centre de reacţie îşi modifică starea de hibridizare din sp2 în sp3

C C X Y C C

X Y+

p

s s

ADIŢIA HIDROGENULUI

Alchenele reacţionează cu hidrogenul molecular în prezenţa catalizatorilor (Ni, Pt, Pd fin divizate) transformându-se în alcani.

Hidrogenarea etenei

ADIŢIA HIDROGENULUI

Prin hidrogenarea alchenelor se obţin alcanii care au aceeaşi catenă ca şi alchena, iar dacă alchenele sunt izomere de poziţie, se obţine acelaşi alcan.

CH2 CH CH2 CH3

CH3 CH CH CH3

Ni

Ni

CH3 CH2 CH2 CH3

CH3 CH2 CH2 CH3

CH2 C CH3

CH3

NiCH3 CH CH3

CH3

+

+ H2

H2

1-butena

2-butena

butan

butan

+ H2

izobutena izobutan

ADIŢIA HALOGENILOR

Alchenele adiţionează clor sau brom în prezenţa solvenţilor nepolari (CCl4 sau CS2), rezultând derivaţi dihalogenaţi geminali (cu atomii de halogen legaţi la atomi de carbon vecini).

C C X2

CCl4C C

X X

+X=Cl sau Br

Iodul este prea puţin reactiv, iar fluorul este prea reactiv, dând reacţii energice, degradative.

ADIŢIA HALOGENILOR

Reacţia alchenelor cu soluţia de brom, care este iniţial brun-roşcată şi se decolorează în urma reacţiei, este o reacţie de identificare şi chiar de dozare a alchenelor.

CH2 CH2 Br2

CCl4CH2 CH2

Br Br

+

ADIŢIA HIDRACIZILOR

Alchenele dizolvate în solvenţi inerţi adiţionează hidracizii (HCl, HBr, HI), rezultând derivaţi halogenaţi saturaţi.

C C HX C C

H X

+X=Cl, Br sau I

ADIŢIA HIDRACIZILOR

În cazul alchenelor simetrice nu contează la care atom de carbon se leagă halogenul, deoarece se obţine acelaşi produs final. De exemplu la adiţia HBr la 2-butenă se obţine 2-bromo-butan.

ADIŢIA HIDRACIZILOR

În cazul alchenelor nesimetrice reacţia decurge conform regulii lui Markovnikov, care spune că halogenul se leagă la atomul de carbon dublu legat cel mai substituit. Astfel, adiţia de HBr la propenă conduce la 2-bromo-propan.

ADIŢIA APEI

Reacţia alchenelor cu apa este catalizată de prezenţa acidului sulfuric mai mult sau mai puţin concentrat, în funcţie de alchenă. Din reacţie rezultă alcooli.

C C OH2

H2SO4

C C

H OH

+

ADIŢIA APEI

Adiţia apei la alchenele nesimetrice se face cu respectarea regulii lui Markovnikov. Astfel, prin adiţia apei la izobutenă se obţine alcool terţbutilic.

ADIŢIA APEI

Industrial, adiţia apei la etenă se realizează în prezenţa acidului fosforic depus pe oxid de aluminiu, la temperatură şi presiune ridicată.

CH2 CH2 OH2 CH3 CH2

OH

+H3PO4/Al2O3

250 -300 0C 70-80 atm

APLICAŢII

1.Scrieţi ecuaţiile reacţiilor dintre 1-butenă şi: a)H2; b) Cl2; c) HBr; d) H2O. Precizaţi pentru fiecare reacţie condiţiile de reacţie.

2.Scrieţi ecuaţiile reacţiilor de adiţie a HCl la: etenă şi la izobutenă.

3.Scrieţi formulele plane ale alchenele care prin adiţie de hidrogen conduc la 2-metil-butan.

APLICAŢII

4. Identificaţi substanţele notate cu litere şi scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice:

NiCH3 CH CH2 CH3

CH3

Cl2CCl4

CH3 C C CH3

CH3 CH3

CH3 CH CH CH3

OH

CH3

OH2H

+

NiCH3 CH2 CH3

Cl2CCl4

CH3 C CH CH3

CH3

Cl ClCH3 CH C CH2 CH3

CH3

BrH

d

+ H2b

+

+e

a + H2

b +

+ c

REACŢIA DE POLIMERIZARE

Alchenele cu molecule mici, precum şi alţi compuşi cu legătură dublă pot să-şi unească moleculele prin adiţii succesive, formând compuşi cu molecule mari, numiţi polimeri. Reacţia poartă numele de polimerizare, iar compuşii iniţiali se numesc monomeri.

C C C C n

ctz.n

monomer polimer

REACŢIA DE POLIMERIZARE

Prin polimerizarea etenei se obţine polietena sau polietilena care este utilizată la fabricare de folii (pungi, saci, etc.), ţevi, obiecte de uz casnic şi altele.

REACŢIA DE POLIMERIZARE

Polipropilena, obţinută prin polimerizarea propenei se foloseşte la fabricarea de frânghii, covoare, containere, folii, conducte, etc.

REACŢII DE OXIDARE

Legătura dublă din alchene este sensibilă la acţiunea multor agenţilor oxidanţi.

În funcţie de agentul oxidant, oxidarea poate fi blândă, când se desface doar legătura p, sau energică, degradativă, care decurge cu ruperea legăturii duble, adică se desface atât legătura p cât şi legătura s.

OXIDAREA BLÂNDĂ

Dacă folosim drept agent oxidant o soluţie neutră sau slab bazică de KMnO4 (permanganat de potasiu), atunci prin oxidare se desface doar legătura p, şi se obţin dioli vicinali.

C C C C

OH OH

+ [O] + H2O

OXIDAREA BLÂNDĂ

Oxigenul atomic, necesar procesului de oxidare se obţine prin reacţia KMnO4 cu apa.

KMnO4 + H2O → KOH + MnO2 + [O]

C C C C

OH OH

+ KMnO4 + H2O + MnO2 + KOH

OXIDAREA BLÂNDĂ

Deoarece sunt implicate procese redox, pentru a stabili coeficienţii ecuaţiilor ne vom folosi de numerele de oxidare.

C C C C

OH OH

+ 2KMnO4 + 4H2O + 2MnO2 + 2KOH3 3

OXIDAREA BLÂNDĂ

Astfel, oxidarea blândă a etenei conduce la 1,2-etandiol, iar propena se oxidează blând la 1,2-propandiol.

CH2 CH2 CH2 CH2

OH OH

CH2 CH CH3 CH2 CH

OH OH

CH3

KMnO4

KMnO4

+ [O] + H2O

+ [O] + H2O

OXIDAREA ENERGICĂ

Pentru oxidarea energică a alchenelor se folosesc sisteme oxidante mai puternice, cum sunt soluţiile acide de permanganat de potasiu (KMnO4) sau bicromat de potasiu (K2Cr2O7).

OXIDAREA ENERGICĂ

Produşii de reacţie rezultaţi la oxidarea energică a alchenelor diferă în funcţie de structura alchenei. Totuşi, pornind de la gradul de substituţie al atomilor de carbon din legătura dublă se disting trei categorii de produşi de oxidare: acizi carboxilici, cetone sau dioxid de carbon şi apă.

OXIDAREA ENERGICĂ

FRAGMENT ALCHENĂ

EXEMPLU PRODUS DE OXIDARE

EXEMPLU

CH2= CO2 + H2O

R-CH= CH3-CH=

R-COOH

CH3-COOH

R2C= (CH3)2C=

R2C=O (CH3)2C=OCH3 C

O

OH

CH3 C CH3

O

CH C CH3

CH3

CH3

KMnO4

H2SO4

+ 3 [O] +

APLICAŢII

1. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor de oxidare blândă şi energică pentru 1-butenă, 2-butenă şi 2,3-dimetil-2-butenă.

2. Identificaţi şi scrieţi formulele plane pentru alchenele care conduc, prin oxidare energică la:

a.Acid etanoic, dioxid de carbon şi apă;b.Acid propanoic şi acetonă.

HALOGENAREA ÎN POZIŢIE ALILICĂ

Alchenele reacţionează cu halogeni gazoşi (Cl2, Br2), la lumină sau la întuneric şi la temperatură, când are loc înlocuirea unui atom de hidrogen din poziţie alilică cu un atom de halogen.

C C C

H

X2C C C

X

HX+300-500 0C

+

HALOGENAREA ÎN POZIŢIE ALILICĂ

Exemple:

CH2 CH CH3 Cl2 CH2 CH CH2

Cl

ClH

CH2 CH CH2 CH3 Br2CH2 CH CH

Br

CH3 BrH

+300-500 0C

+

+300-500 0C

+

Din exemplele de mai sus se poate observa că atât la clorurarea propenei cât şi la bromurarea 1-butenei legătura dublă rămâne neafectată.

APLICAŢII

Identificaţi substanţele notate cu litere mici şi scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice:

NiCH3 CH2 CH3

Cl2CCl4

CH3 C CH CH3

CH3

Cl ClCH3 CH C CH2 CH3

CH3

BrH

O OH2

KMnO4 CH3 CH C CH CH3

CH3

CH3

OH OH

CH3 CH2 C CH CH3

CH3

O

KMnO4/H2SO4

O

K2Cr2O7/H2SO4CH3 C

CH3

O

a + H2

b +

+ c

d + +

+ e f+

g + 2