Osnove organske hemije Alkeni, nomenklatura, … za organsku hemiju i...NOMENKALTURA ALKENA I...

Alkeni, nomenklatura, dobivanje i reakcije

Osnove organske hemije

http://ppttemplate.net/?utm_source=ppt&utm_medium=logo&utm_term=thanksgiving&utm_content=0056&utm_campaign=ppt

Alkeni

• Opšta formula CnH2n

• Nastavak je en

• Funkcionalna grupa: C=C veza.

• Nezasićeni ugljikovodici – podliježu reakcijama adicije.

• Prvi član homolognog niza je eten ili etilen

• Trivijalna imena se dobijaju tako što se sufiks –analkana zamenjuje sufiksom –ilen.

C C

H H

H H

Eten C2H4

• Eten je planaran sa 2 trigonalna C–atoma i uglovima veza od 120º.

• Oba C–atoma su sp2 hibridizirana.• Tipovi veza:

• C–H: σ-veza (sp2 HO – s AO),

• C=C veza:• 1 σ-veza (sp2 HO – sp2 HO),• 1 π-veza (2p AO – 2p AO).

• El. gustina π-veze je podjednakoraspoređena iznad i ispod ravnimolekula.

• Važno: nema slobodne rotacije okoC=C veze!!!

• AO – atomska orbitala; HO –hibridna orbitala

Homologni niz alkena

Ime alkenilne grupe, -il

-

-

-

-

-

Alkeni

• Eten – biljni hormon -inducira sazrijevanje voća

H

C C

H

H H

H-C C-H

Acetylene(an alkyne)

Ethylene(an alkene)

Alkeni u prirodi - Terpeni

b-pinen a-pinen

a-Farnesen - seskviterpen (C15)(nađen u voštanoj prevlaci na plodu jabuke)

Monoterpeni (C10) glavni sastojci terpentinskog ulja


Mircen(ulje lovora)

Humulen (ulje hmelja)

Santalen (ulje sandalovog drveta)


b-Karoten (tetraterpen)

Alkeni u prirodi - Feromoni

NOMENKALTURA ALKENA I CIKLOALKENA

IUPAC – starija pravila:

1. Odrediti osnovno ime izborom najdužeg lanca koji sadrži dvostruku vezu i promijeniti ime odgovarajućeg alkana –an u –en. (npr. penten, heksen itd.)

IUPAC – nova pravila

1. Novija pravila – izabrati najduži lanac bez obzira da li sadrži dvostruku vezu ili ne.


2. Numerisati lanac tako da su uključena oba atoma ugljika dvostruke veze i početi numerisanje sa kraja koji je bliži dvostrukoj vezi.

1 2 3 4 CH 2 CHCH 2 CH 3

(ne 4-heksen) 2-heksen

CH3CH CHCH2CH2CH3

1- buten (ne 3-buten)

7 6 5 4 3CH3CH2CH2CH2CCH2CH2CH3

CH

CH3 1

23-propil-2-hepten3-propilhept-2-en

Najduži kontinuirani lanac ima 8 ugljikovih atoma, alinajduži kontinuirani lanac koji sadrži dvostruku vezu ima7 C-atoma i zato se spoj imenuje kao hepten!


Starija, ali još uvijek važeda pravila.

Najduži kontinuirani lanac ima 8 ugljikovih atoma i nesadrži dvostruku vezu, pa se spoj imenuje kao oktan.Supstituent sadrži dvostruku vezu i dva C atoma i ovagrupa se imenuje kao etiliden.


4-etilidenoktan nova pravila

3-propilhept-2-en stara pravila

Nova IUPAC pravila


3. Označiti položaj supstituenata brojevima ugljikovih atoma na kojima se nalaze.

CH2C CHCH3 1 2 3 4

CH3 CH3

1 2 3 4 5 6CH2C CHCH2CHCH3

CH3

2-Metil-2-buten 2,5-Dimetil-2-heksen(ne 3-metil-2-buten) (ne 2,5-dimetil-4-heksen)


4. Numerisati cikloalkene tako da ugljikovim atomima dvostruke veze pripadaju položaji 1 i 2, a zatim označiti položaje supstituenata najnižim mogućim brojevima.

CH31

2

34

5

C CH3H3

1

2

34

5

6

1-Metilciklopenten 3,5-Dimetilcikloheksen(ne 2-metilciklopenten) (ne 4,6-dimetilcikloheksen)


5. Ako spoj sa dvostrukom vezom sadrži alkoholnu grupu kao supstituent, ugljikov atom koji nosi – OH grupu ima prednost i dobiva niži broj; ostali supstituenti se navode abecednim redom.

5 4 3 2 1

OH

CH3

CH3C CHCHCH 3

OH

CH31

2

3

4-Metil-3-penten-2-ol 2-Metil-2-cikloheksen-1-ol


6. IUPAC -1993. – nove preporuke o imenovanju alkenaBroj koji označava položaj dvostruke veze stavlja se ISPRED nastavka –en, a ne iza osnovnog imena,

• (na primjer: but-2-en, a ne 2-buten)

Stari sistem

imenovanja 2,5-Dimetil-3-hepten 3-Propil-1,4-heksadien

Noviji sistem

imenovanja 2,5-Dimetilhept-3-en 3-Propilheksa-1,4-dien

CH3

CH3CHCH2CH CCH2CHCH3

CH2

CH3

Br

2-brom-4-etil-7-metil-4-okten (ne 7-brom-5-etil-2-metil-4-okten)

jer je 4< 5

4-hlor-1,2-dimetilcikloheksenne

5-hlor-1,2-dimetilcikloheksenjer je 4< 5Cl

CH3

CH3


4-metil-1-penten (4-metilpent-1-en)

2-metil-4-okten (2-metilokt-4-en)

2,5-dimetil-4-okten (2,5-dimetilokt-4-en)

4,7-dimetil-4-okten jer je 2 < 4

6-metil-2-pentil-1-hepten

(6-metil-2-pentilhept-1-en )

2-metil-6-metilenundekan

ne


7. Dvije grupe koje sadrže dvostruku vezučesto se koriste kao supstituenti i imajutrivijalna imena: vinil i alil grupa.

CH2 CH CH2 CHCH2

vinil grupa alil grupa

CH2 CHCl CH2 CHCH2Br

vinilhlorid alilbromidili hloreten 3-brompropen


7. Vinil ili etenil i etiliden

Vinil grupa

Etenil grupa

Etiliden grupa

GEOMETRIJSKI IZOMERI – cis i trans

8. Ako su dvije identične grupe na istoj strani dvostruke veze, spoj se označava kao cis-; ako su na suprotnim stranama, kao trans-.

cis-trans stereoizomeri ili

geometrijski izomeri:

H H

Cl Cl

C C C C

Cl

H Cl

H

cis-1,2-Dihloreten trans-1,2-dihloreten


• Identifikovati cis- i trans stereoizomere (geometrijski izomeri).


• Kod složenih stereoizomera koristi se E,Z– sistem:

– E – (entgegen, njem.) nasuprot,

– Z – (zusammen, njem.) zajedno.

• Sekvenciona pravila za određivanje prioritetasupstituenata:

– prioritet ima atom većeg atomskog broja,

– ako su supstituenti istog reda, rangiraju seelementi duž niza u supstituentu dok se ne naiđena atom po kome je moguće razlikovati prioritetizmeđu 2 niza.

Fizičke osobine alkena

• Nepolarna jedinjenja.

• Alkeni (broj C-atoma):

– gasovi (2–4),

– tečnosti (5–15),

– čvrste supstance (≥16).

• Temperature ključanja i topljenja

• Tklj i Tt alkena u odnosu na alkane (sa istim brojem C-atoma):

– Tklj su veoma slične,

– Tt alkena su niže,

• prisustvo trans dvostruke veze blago snižava Tt, a

• cis značajno ("U" oblik molekula otežava pakovanje u krist. rešetku).

Fizičke osobine alkena

Relativna stabilnost alkena

• Relativna stabilnost alkena raste sa povećanjembroja supstituisanih alkil-grupa na C-atomima C=Cveze

Relativna stabilnost alkena

• trans-izomeri su stabilniji od cis-izomera (sterne smetnje) :

DOBIVANJE ALKENA

• Reakcije elimancije - sa ugljikovog skeleta se uklanjaju dve susjedne grupe

1. Dehidrohalogeniranje halogenalkana

2. Dehidratacija alkohola

3.Dehalogeniranje vicinalnih dihalogenida

4. Dehidrogenizacija alkana

5. Hidrogenizacija alkina

Dehidrohalogeniranje halogenalkana

• Jaka baza (:B-) odnosno nukleofil

• KOH u alkoholu ili

• Natrijum-alkoksid (RO-+Na) u alkoholu


• Dehidrohalogeniranje haloalkana (alkilhalida)

-HXCH3CH2X CH2=CH2

baza

Bromcikloheksan Cikloheksen


• Jaka baza (:B–) uklanja proton (H+) sa β-C-atoma dok se odlazećagrupa, halogenid ion (:X–), otcepljuje sa α-C-atoma i nastaje C=C veza.

• Reakcija se vrši u jednom koraku

• Brzina reakcije zavisi od konc. halogenalkana i od konc. baze – reakcijaII reda

• Bimolekulska eliminacija tzv. E2-reakcija ("E„ eliminacija; ("2"bimolekulska).

• 1,2-Eliminacija: vrši se sa 2 susjedna C-atoma.

• β-Eliminacija: H+ se uklanja sa C-atoma u β-položaju prema odlazećojgrupi.

Dehidrohalogeniranje halogenalkana• Jaka baza (:B–) može biti:

• hidroksilni jon (:OH–) u alkoholu kao rastvaraču (KOH/ROH) ili

• alkoksidni jon (RO:–) u alkoholu kao rastvaraču (RO-+Na/ROH)


• U strukturi R–X:• R može biti 3°, 2° ili 1° alkil-grupa,• X može bit F, Cl, Br ili I.


• Važno: Reaktivnost halogenalkana, R–X, opada u nizu:3°> 2° > 1°

• Reaktivnost R–X opada u nizu:R–I > R–Br > R–Cl > R–F

• Što je C–X veza slabija, lakše se raskida!• Važno: Što je halogenid ion slabija baza, bolja je

odlazeća grupa!:I– > :Br– > :Cl– > :F–

• Najslabija baza je :I– (jodidni jon), konjugovanabaza najjače H–X kiseline.

Regioselektivnost (orijentacija) E2-reakcije

• Eliminacione reakcijeovog tipa koje vode višesupstituisanom alkenu,slijede Zajcevljevo(Zaytsev) pravilo:

• dvostruka veza seprioritetno stvaraizmeđu ugljika za kojije vezana odlazećagrupa i najvišesupstituisanogsusjednog UGLJIKA kojiima vezan VODIK.

Regioselektivnost (orijentacija) E2-reakcije

• Zašto reaktivnost halogenalkana, R–X, raste u nizu:

Raektivniji R–X:-iz njega nastaje stabilniji alken,-ima više β-H-atoma koje može napasti :B– čestica


• U industriji:

• prevođenjem alkoholnih para preko Al2O3

(Lewis-ova kiselina).

• Laboratorijsko dobijanje

• Akohol može biti: 3°, 2° ili 1°.


H+, toplotaCH3CH2OH CH2=CH2

-H2O

1-Metilcikloheksanol 1-Metilcikloheksen

THF – tetrahidrofuran -rastvarač

Etanol Eten


• Dehidratacija 3-metil-2-butanola


• Dehidratacija 3,3-dimetil-2-butanola

3. Dehalogeniranje vicinalnih dihalogenida

Zn, CH3COOH

CH2BrCH2Br CH2=CH2

-ZnBr2

C C

X X

X

C C

X

C C

X X

X

C C

X

vic-dihalid gem-dihalid

(vicinalni) (geminalni)

4. Dehidrogenizacija alkana

• Oduzimanje vodika uz prisustvo katalizatora.

Hidrogenizacija alkina

• Adicijom vodika na trostruku vezu alkina uz katalizatore nastaju alkeni;

• Daljom hidrogenzacijom nastalih alkena nastaju alkani.

Reakcije alkena

Reakcije alkena

• Reakcije adicije:

Hidrogenacija (adicija vodika)

Adicija halogenovodika (HX)

Adicija sulfatne kiseline

Adicija vode

Adicija halogena

Adicija halohidrina

Oksidacija

Ozonoliza

Elektrofilna adicija

• Elektrofilne adicije, AE

C CC C + A B A B

C CC C + A B A + B..

..: +

..

..: :

-

alken karbkation nukleofil

Hidrogenacija - adicija vodika

• Katalitička hidrogenacija alkena

Hidrogenacija - adicija vodika

• Katalitička hidrogenacija alkena

Ni, Pd ili PtCH2=CH2 + H2 CH3-CH325°C


• Adira se HCl, HBr, HI• Rekcija EKETROFILNE adicije je REGIOSELEKTIVNA

Kako znamo na koji C -atom će se adirati H, a na koji halogen?

Markovnikovo pravilo:

• Kada se nesimetrični reagensadira na nesimetrični alken,elektropozitivni dio reagensaveže se na onaj ugljikov atomkoji ima veći brojhidrogenovih atoma

• Pojednostavljeno

• Adicija H–X na dvostrukuvezu se odvija tako da sevodik vezuje za C-atom kojiima više H atoma

Vladimir Vasilevich Markovnikov

(1838-1904)

Markovnikovo pravilo:

CH2 CH CH3

H

Cl-

CH2=CHCH3H+

X

+

CH2CHCH3

H Cl

H

CH2CHCH3 +

Cl-

H

CH2 CH CH3

1o karbkation

2o karbkation

Cl

Stabilost karbkationa: 3°>2°>1°

Markovnikovo pravilo

2-Metilpropen

terc-Butil karbkation(tercijarni; 3°)

2-Hlor-2-metilpropan

Izobutil karbkation(primarni; 1°)

1-Hlor-2-metilpropanNe nastaje

Stabilost karbkationa: 3°>2°>1°


• Kada su oba atoma ugljika dvostruke veze jednako supstituirana, nastaje smjesa produkata.

1 alkilna grupa na ovom atomu

1 alkilna grupa na ovom atomu

2-Penten 2-Brompentan 3-Brompentan

Eter

anti-Markovnikovo pravilo

• Međutim, u prisustvu peroksida (ROOR) adicija HBr na alkene se odvija slobodnoradikalskim mehanizmom, prema anti-Markovnikovom pravilu!

• Za razliku od elektrofilne, radikalska adicija HBr se vrši sa suprotnom regioselektivnošću.

anti-Markovnikovo pravilo

• Radikalska reakcija

ClCH2=CHCH3

H

H

CH2CHCH3

Cl

ROOR(H2O2)

1-hlorpropan

1-hlorpropan

Adicija sulfatne kiseline

• Adicija prema Markovnikovom pravilu!

Ako se rastvor alkil-hidrogensulfata u sumpornojkiselini razblaži vodom i zagrijava, dobija se alkohol:

Adicija vode

• Adicija prema Markovnikovom pravilu!

• Reakcija katalizovana kiselinom (H2SO4, HCl,

• H3PO4).

Adicija vode

• Hidratacija alkena i dehidratacija alkohola su ravnotežni procesi

Adicija halogena

• Reakcija se izvodi u mraku, na sobnoj t (ili uz hlađenje) i u prisustvu inertnog rastvarača, najčešće ugljentetrahlorida (CCl4).

• Anti-adicija – dva atoma halogena se adiraju sa suprotnih strana C=C veze!

Adicija halogena

• Adicija Br2 je dokazna r-ja za alkene – zasideni sistemi ne reaguju sa Br2 osim u prisustvu radikalskog inicijatora.

• Tokom adicije broma na alken, gotovo trenutno nestaje crveno-smeđa boja Br2.

Adicija halohidrina

• Elektrofil (Br, Cl) se uvek vezuje za manje supstituisani, anukleofil (H2O) za više supstituisani C-atom C=C veze.

Oksidacija alkena

• Vicinalnim sin-dihidroksiliranjem alkena nastaju 1,2-dioli (raskida se samo π-veza).

• Oksidaciono sredstvo je kalijum-permanganat, KMnO4 (HLADAN, razblažen rastvor).

Oksidacija alkena

• Koristan test za dokazivanje dvostruke veze alkena: tokom reakcije ljubičasti reagens se brzo prevodi u nerastvorni smeđi redukcioni proizvod, a reakciona smeša se obezbojava.

Ozonoliza

• Najopštija i najblaža metoda oksidativnog prevođenja alkena u karbonilna jedinjenja.

Ozonoliza

Polimerizacija

Etilen Polietilen

Propilen Polipropilen

Polimerizacija

Stiren

Polistiren

Polimeri

Poli-2-metilpropen je osnovni sastojak Elastola, efikasnog sredstva za ukljanjanje naftnih mrlja.

Poli(2-metilpropen)(Poliizobutilen)

Polimeri

Ova spektakularna haljina koju je dizajnirao španski dizajner Paco Rabanne, ne bi bila moguda bez sintetskih polimera.

ZADACI

• Nacrtajte strukture slijededih spojeva:

• 2-etil-4-metil-1-heksen

• 6-hlor-3-okten

• 1,3-heksadien

• 3-etil-2,2-dimetil-3-hepten

• cis-3-okten

ZADACI

• Imenujte slijedede spojeve prema pravilima IUPAC nomenkature

a) c) e)

OH

b) d) f)

CH3

CH3 CH3

Cl

OH

ZADACI

• Koji su glavni produkti u reakciji kiselinom kataliziranereakcije dehidratacije slijededih alkohola:

• 2-metil-2-propanola

• 3-metil-2-butanola

• 3-metil-3-pentanola

ZADACI

• Koji alkeni de nastati iz:

• 2-brom-3-metilbutana i

• 2-brom-2,3-dimetilbutana

• ako se podvrgnu dehidrohalogeniranju uz kalijumetoksid u etanolu? Koristedi se Zajcevljevim pravilom, predvidi glavni produkt u obje reakcije.

ZADACI

• Napišite produkt reakcije 1-butena sa HBr, u prisustvu peroksida

ZADACI

• Napišite produkte reakcije 2-metil-3-heptena sa:

• a) H2 uz katalizatora

• b) H2O

• c) KMnO4

• d) Br2

• e) HCl

• f) HBr uz H2O2

• g) O3

Osnove organske hemije Alkeni, nomenklatura, … za organsku hemiju i...NOMENKALTURA ALKENA I...

Documents

Transcript of Osnove organske hemije Alkeni, nomenklatura, … za organsku hemiju i...NOMENKALTURA ALKENA I...