Additionen an Alkene

Zuletzt haben wir gelernt, wie die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung stereochemische Unterschiede in Alkene führt, und wir an den Mechanismen der Eliminierungen sah die Alkene bei der Herstellung wichtig sind. Heute werden wir die charakteristischen Reaktionen von Alkenen untersuchen - Ergänzungen

In der funktionellen Gruppe eines Alkens - die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, - die am leichtesten verfügbaren Elektronen sind die in der pi-Bindung. Sie sind weiter entfernt von den Zellkernen als die Elektronen in einer Sigma-Bindung, so dass sie leichter an einen Elektroangezogen, wenn man nähert. Ein anderer Weg, dies zu sagen ist, dass die pi-Elektronen schwach nukleophil sind. Wir werden durch einen Blick auf ein paar Reaktionen beginnen, die mit dem Angriff eines Elektro auf dem pi Teil der Doppelbindung beginnen.

Lassen Sie uns zunächst kurz eine Reaktion der Carbonylgruppe mit einem Elektro überprüfen. Die Säure-katalysierten Zugabe von Wasser zu einem Aldehyd eine solche Reaktion ist, und wir untersuchten es früher. Der Mechanismus ist:

Der erste Schritt besteht darin, einen elektrophilen Angriff auf die Carbonylgruppe pi-Bindung durch die elektrophilen, sauren H +. Dieser Schritt macht einen Carbokation, das dann durch das schwache, aber sehr reichlich Nucleophil Wasser angegriffen wird. (Verwenden Sie keine OH - als Nukleophil Es gibt sehr wenig OH -. In einer sauren Lösung!) Der letzte „Mop-up“ Schritt wird das gewünschte Produkt aus und gibt eine H + den Katalysator zu regenerieren.

Nun wollen wir diesen gleichen Mechanismus zu Ethylen auf die Zugabe von Wasser, das kleinste Alken.

Beachten Sie, dass die Schritte, die gleich sind und daß die beiden letzten Schritte (was mit dem Carbokation passiert) sind die gleichen Schritte, die in dem SN 1 Hydrolyse (Solvolyse in Wasser) aufgetreten eines Alkylhalogenids.

Diese Schritte - zunächst ein Elektrophil greift die Pi-Bindung ein Carbokation zu bilden, die zweiten Nukleophil greift die Carbokation - sind die wesentlichen Schritte in den wichtigsten Reaktionen von Alkenen, elektrophile Additionsreaktionen. Der erste Schritt ist die langsame, so ist es die eine, die die Geschwindigkeit der Reaktion bestimmt. Dies hat sehr wichtige Konsequenzen, wenn wir eine kleine Komplikation in die Struktur des Alkens einzuführen.

Was passiert, wenn wir diese Reaktion zu einem Alken wie Propen anwenden? (Eine solche Alken „unsymmetrischen“ genannt, da die Substitutionsmustern an den beiden Kohlenstoffen Alken sind unterschiedlich.) Es gibt zwei mögliche Produkte, da die OH entweder dem Kohlenstoff oder CH2 CH3 CH Kohlenstoff auf bis wickeln könnte.

Wie können wir eine solche Vorhersage? Wir kennen den Mechanismus, so dass wir es auf den Wegen anwenden, die unsere potenziellen Produkte führen würde. Glücklicherweise sind die mit diesen beiden Bahnen zugeordnet Raten werden durch die ersten Schritte bestimmt, so müssen wir uns nur mit den Aktivierungsenergien betreffen für diese Schritte.

je mehr substituiert Produkt im zweiten Schritt Allgemeiner gesagt, greift die Elektro weniger substituierten Kohlenstoffatom in dem ersten Schritt und die Nucleophil Attacken.

Wir können dies nutzen, um vorherzusagen, welches Produkt in einem elektro zusätzlich zu einem unsymmetrischen Alken gebildet werden. Alles, was wir tun müssen, ist das Nucleophil und Elektrophil in der Verbindung zu identifizieren, die hinzufügt. Zum Beispiel der Zugabe von HBr in Betracht ziehen. Die HBr-Bindung wird so polarisiert, dass der H positiv ist und die Br ist negativ. Die H + ist somit das Elektrophil und dem Nucleophil Br- ist. Anwendung des Musters oben gibt uns:

Wir werden unsere Aufmerksamkeit auf den ersten Schritt konzentrieren. Wir wissen, dass das Produkt aus diesem Schritt, so können wir die Atome identifizieren, die als Elektro und Nukleophil wirken. Das Bor fügt die mindestens substituierte Kohlen, so ist es als Elektrophil wirkt. Der Wasserstoff trägt zu der am meisten substituierten Kohlenstoff, so ist es als das Nukleophil wirkt. Macht das Sinn? Wir haben die B-H-Bindung wirkt auf diese Weise vor dem bei der Reduktion von Ketonen und Aldehyden durch BH4 gesehen - (in Natriumborhydrid). Es handelte der Wasserstoff als Nucleophil und wir erklären, dass, indem er sagte, dass Wasserstoff als Bor elektro ist. Wir können die Reaktion von Bor als Elektro verstehen, wenn man bedenkt, dass B2 H6 in zwei Moleküle BH3 distanziert. Eine schnelle Überprüfung der elektronischen Konfiguration der BH3 zeigt, daß das Bor eine leere 2P-Orbital besitzt, so BH3 hat die Strukturmerkmale benötigt es als Elektrophil zu qualifizieren.

Halogen-Moleküle wie Cl2 und Br2 fügen auch Doppelbindungen Alken. Hier brauchen wir nicht mit Orientierung betroffen sein, da die beiden Enden des Moleküls Zugabe identisch sind, aber die elektro Additions-Mechanismus hilft uns, ein weiteres Merkmal dieser Reaktion zu verstehen, seine Konfiguration.

Eine der Bromatome als Elektrophil wirkt. Wenn wir den üblichen Mechanismus anwenden, ist es erster Schritt, um es weitergehen würde:

Wie wir in unserer Studie von SN-1-Reaktionen gelernt werden Carbokationen durch Nukleophile auf beiden Seiten angegriffen. Wenn ein Carbokation in diesem System vorhanden ist, würden wir sowohl die cis und trans-Produkte zu finden erwarten.

Dies ist nicht das, was passiert, wenn das Experiment durchgeführt wird, so schließen wir, dass der Carbo nicht vorhanden ist. Etwas anderes geschieht, was die nucleophile Bromidion von einem Angriff auf das Gesicht des Carbo verhindert, die bereits mit dem ersten Brom angebracht ist. Wir verstehen, dass durch das Vorstellungsvermögen der elektro Bromatom heftet sich an beiden Alken Kohlenstoffatomen. Eine Bindung wird unter Verwendung der Elektronen von der pi-Bindung hergestellt, und die andere gemacht wird unter Verwendung ein ungeteiltes Elektronenpaar vom Brom. Daraus ergibt sich eine neue aus dem Brom und den beiden Kohlenstoffatomen gebildet Alken Ring. Es ist ein „Bromonium-“ Ion genannt.

Angriff durch die nukleophilen Bromidionen auf dem Brom in diesem Ring würde nur in Cyclopenten und Brom, so würde keine Reaktion auftreten. Angriff durch das Bromidion auf der entweder des Alkens Kohlenstoff würde wie ein SN 2 Reaktion sein. Der angegriffene Kohlenstoff würde umkehren, und das Produkt würde die trans-Konfiguration hat. (Beachten Sie, dass es zwei solche Produkte, die Enantiomere sind, so erhalten wir ein racemisches Gemisch.)

Es gibt eine andere Reaktion von Alkenen, Hydrierung, die Erwähnung verdient, aber die mit dem elektro Additions-Mechanismus wird nicht verwendet. Die Hydrierung ist die Zugabe von molekularem Wasserstoff (H2 2) mit der Alken-Doppelbindung. Dieser wandelt ein einfaches Alken in einem Alkan.

Hydrierungsreaktionen werden in Gegenwart eines festen Katalysators, wie feinverteiltes Platin (Pt) Metall durchgeführt. Die Reaktion erfolgt an der Oberfläche des Metalls und beinhaltet temporäre Bindung von sowohl dem Alken und dem Wasserstoffmolekül an die Atome auf der Metalloberfläche.

Die Hydrierung ist wichtig, bei der Umwandlung von hoch ungesättigten (viele Doppelbindungen) Fett mit weniger Doppelbindungen an Fetten. Dies geschieht so, dass das Produkt einen höheren Schmelzpunkt als der Reaktanden hat und bequemer sein als Nahrungsbrotaufstrich. Auch sind die Produkte weniger anfällig für die Reaktion mit Sauerstoff und nicht ranzig so schnell.