Hybrydyzacja

1. Znaczenie pojęcia orbital atomowy.

2. Pojęcie hybrydyzacji

3. Rodzaje hybrydyzacji

4. Schemat tworzenia wiązań atomowych

Alkeny

Organiczne związki chemiczne z grupy węglowodorów nienasyconych, w których występuje jedno podwójne wiązanie chemiczne między atomami węgla (C=C). Razem ze związkami, które posiadają dwa lub więcej wiązań podwójnych (polienami, takimi jak dieny, trieny itd.).

Mają więcej izomerów oraz są też bardziej aktywne niż alkany. Wraz ze zwiększającą się długością łańcucha węglowego maleje ich reaktywność. Można je otrzymać z ropy naftowej, a w laboratorium w reakcji eliminacji fluorowca z halogenków alkilowych lub przez dehydratację alkoholi.

C_nH_2n
Wzór ogólny alkenów

Nazewnictwo alkenów:

1. Należy wskazać łańcuch główny, czyli najdłuższy łańcuch zawierający wiązanie podwójne.

2. Atomy węgla w łańcuchu głównym numeruje się zaczynając od końca łańcucha bliższego wiązania podwójnego. Gdy wiązanie znajduje się w równej odległości od obu końców, należy wybrać taką numerację, aby podstawniki miały jak najniższe lokanty.

3. Położenie wiązania podwójnego podaje się jako liczbę (lokant) pomiędzy rdzeniem nazwy (określającym liczbę atomów głównym łańcuchu, np. prop-, but-, heks-) a końcówką -en, oddzieloną poziomymi kreskami.

4. Wszystkie grupy znajdujące się przy głównym łańcuchu porządkuje się w kolejności alfabetycznej i poprzedza je lokantami i, ewentualnie, przedrostkami zwielokrotniającymi w przypadku dwóch lub więcej identycznych grup, podobnie jak miało to miejsce przy nazywaniu alkanów.

• Najdłuższy łańcuch z wiązaniem podwójnym: 5 at. C

• Wiązanie podwójne przy drugim węglu

• Brom przy węglu 4

• Chlor przy węglu 5

Nazwa: 4-bromo-5-chloropent-2-en

Metody otrzymywania:

W laboratorium alkeny otrzymuje się w reakcji eliminacji wody z alkoholu, lub fluorowcowodoru z fluorowcopochodnej alkanu:

Katalizatorem reakcji odwodnienia alkoholi może być również stężony kwas siarkowy. W reakcji eliminacji, jako produkt główny powstaje zawsze alken najbardziej podstawiony (reguła Zajcewa). W powyższym przypadku głównym produktem jest 3-metylohept-3-en, który przy podwójnym wiązaniu posiada 3 podstawniki. W produkcie ubocznym, 5-metylohept-3-enie przy podwójnym wiązaniu znajdują się tylko 2 podstawniki.

Addycja chlorowca do alkanu:

Addycja do wiązania wielokrotnego węgiel-węgiel musi być poprzedzona atakiem odczynnika o charakterze elektrofilowym (kwas Lewisa) na cząsteczkę alkenu (alkinu). Wiązanie wielokrotne jest centrum bogatym w łatwo dostępne elektrony, substrat jest więc cząsteczką o charakterze nukleofilowym, bardzo chętnie atakowaną przez odczynnik ubogi w elektrony (elektrofil).

Inne odczynniki, mające zdolność przyłączania się do wiązań wielokrotnych węgiel-węgiel reagują w podobny sposób, czyli ulegają addycji do wiązania podwójnego:

Reakcja alkenów z wodą bromową, lub roztworem bromu w CCl₄(czterochlorek węgla) jest reakcją charakterystyczną na obecność wiązania podwójnego C=C. Reakcji tej nie ulegają alkany.
alkan + Br₂ →brak reakcji
alken + Br₂ → odbarwienie roztworu

Addycja związku typu HX

Addycja wody do alkenów

Woda, z uwagi na to, że sama ma charakter nukleofilowy, a jej kwasowość jest zbyt niska, nie ulega addycji do alkenów. Jednakże dodanie katalitycznych ilości jonów wodorowych, umożliwia tę reakcję. Gdy cząsteczkę wody zapiszemy w postaci H-OH, łatwo zauważymy, że ulega ona addycji do wiązania podwójnego zgodnie z regułą Markownikowa:

Utlenianie alkenów

Inną charakterystyczną reakcją na obecność wiązania podwójnego C=C jest reakcja z manganianem(VII) potasu w środowisku obojętnym lub kwaśnym. W środowisku obojętnym manganian(VII) potasu jest nieco słabszym utleniaczem i utlenia alkeny do dioli, natomiast w środowisku kwaśnym następuje całkowite rozerwanie podwójnego wiązania i alken utlenia się do kwasu karboksylowego. Następuje przy tym odbarwienie charakterystycznego fioletowego zabarwienia pochodzącego od manganianu(VII). W pierwszym przypadku następuje odbarwienie i wytrąca się brunatny osad MnO₂, w drugim przypadku następuje tylko odbarwienie:

Redukcja alkenów

Do wiązania wielokrotnego węgiel-węgiel można również przyłączyć wodór. Jednak addycja ta nie zachodzi w wyniku zmieszania ze sobą reagentów, mimo że z obliczeń termodynamicznych wynika, że jest reakcją egzotermiczną. Brak reakcji spowodowany jest dużą energią aktywacji (ΔH^#), której nie można uzyskać bez rozkładu alkenu. Jednakże użycie katalizatora powoduje obniżenie energii aktywacji i wodór łatwo ulega addycji do alkenu. Rola katalizatora w tej reakcji polega na uporządkowaniu reagentów. Cząsteczka wodoru ulega zaabsorbowaniu na katalizatorze, w wyniku czego wiązanie H-H zostaje silnie osłabione, lub nawet rozerwane. Alken również zostaje zaabsorbowany na katalizatorze, w wyniku czego wodór ulega addycji do wiązania podwójnego tylko z jednej strony, czyli uwodornienie alkenu na katalizatorze jest przykładem cis-addycji

Polimeryzacja alkenów

Alkeny w obecności katalizatora łatwo ulegają polimeryzacji, czyli łączeniu się w długie łańcuchy węglowodorowe. Jednostką podstawową jest alken, który nazywany jest monomerem. Produkt, w zależności od ilości jednostek podstawowych nazywany jest odpowiednio dimerem, trimerem, tetramerem lub polimerem, gdy w produkcie znajdują się 2, 3, 4 lub wiele jednostek podstawowych:

Nazwę polimeru tworzymy najczęściej od nazwy zwyczajowej monomeru dodając przyrostek poli:

Izomeria cis- trans- (izomeria geometryczna)

Przedrostki cis i trans od dawna stosuje się do określenia względnego położenia podstawników połączonych z atomami z wiązaniem podwójnym lub połączonych z pierścieniem traktowanym jako płaski.

Atomy lub grupy są względem siebie cis- gdy leżą po tej samej stronie, zaś trans- gdy leżą po przeciwnej stronie płaszczyzny odniesienia analogicznej dla obydwu stereoizomerów. W związkach z podwójnym wiązaniem płaszczyzna odniesienia przechodzi przez atomy związane wiązaniem podwójnym i jest prostopadła do płaszczyzny w której te atomy leżą. W związkach cyklicznych płaszczyzną odniesienia jest płaszczyzna w której leży (niekiedy w przybliżeniu) szkielet pierścienia. Przedrostki cis- i trans- umieszcza się przed nazwą (lokantem w przypadku gdy określenie odnosi się do podstawnika).

cis-	trans-	cis-	trans-

cis-pent-2-en	2-cis-5-trans-okta-2,5-dien	trans-1-chloro-4-metylocykloheksan	2-cis-4-trans-3,4-dichloroheksa-2,4-dien