8.2 Alkoholer, aldehyder og ketoner

Alken - umetta hydrokarbon

Struktur og binding

Generell formel: $C_nH_{2n}$ (for enkle alken)

Binding i C=C:
- Éin σ-binding (sigma) - rotasjon mogleg
- Éin π-binding (pi) - hindrar rotasjon
- Bindingslengd: 134 pm (kortare enn C-C på 154 pm)
- Bindingsenergi: ca. 614 kJ/mol

Geometri:
- Planare rundt dobbeltbindinga
- Bindingsvinkel ca. 120° (trigonal planar)
- Inga fri rotasjon → geometrisk isomeri

Namnsetjing av alken

Hovudreglar:
1. Finn lengste kjede som inneheld dobbeltbindinga
2. Nummerer slik at C=C får lågast mogleg nummer
3. Gi opp posisjon med tal framfor -en-endinga

Døme:
- CH₂=CH₂: Eten (etylen)
- CH₃-CH=CH₂: Propen
- CH₃-CH₂-CH=CH₂: But-1-en
- CH₃-CH=CH-CH₃: But-2-en

Geometrisk isomeri (cis-trans)

Årsak til geometrisk isomeri

π-bindinga hindrar fri rotasjon rundt C=C dobbeltbindinga.
Når begge karbonatoma har to ulike substituentar, får vi geometriske isomerar.

Cis- og trans-isomerar

Cis-isomer: Like grupper på same side av dobbeltbindinga
Trans-isomer: Like grupper på motsett side av dobbeltbindinga

Døme: But-2-en

Cis-but-2-en:
- Begge metylgruppene på same side
- Høgare kokepunkt (dipol-dipol)
- Kokepunkt: 4°C

Trans-but-2-en:
- Metylgruppene på motsett side
- Meir symmetrisk (mindre polar)
- Kokepunkt: 1°C

E/Z-nomenklatur

For meir komplekse molekyl blir E/Z-systemet brukt:

Blir bestemt av Cahn-Ingold-Prelog-prioritet:
- Høgare atomnummer = høgare prioritet
- Z (zusammen): Høgast prioriterte grupper på same side
- E (entgegen): Høgast prioriterte grupper på motsett side

Døme: 2-bromprop-1-en
- Br har høgare prioritet enn H
- CH₃ har høgare prioritet enn H

Reaktiviteten til alken

Kvifor er alken reaktive?

1. π-elektrona er lett tilgjengelege over og under bindingsplanet
2. Elektronrike: Tiltrekkjer elektrofile reagensar
3. Svakare binding: π-binding (264 kJ/mol) svakare enn σ-binding (350 kJ/mol)

Elektrofil addisjon - hovudreaksjonstype

Mekanisme:
1. Elektrofil angrip π-elektronskya
2. Dannar karbokation (ustabilt mellomprodukt)
3. Nukleofil angrip karbokationet

Generelt:
$$\text{C=C} + \text{X-Y} \to \text{X-C-C-Y}$$

Produktet er metta (alle enkeltbindingar).

Stabilitet av karbokation

Rekkefølgje av stabilitet:
$$\text{tertiær} > \text{sekundær} > \text{primær} > \text{metyl}$$

Årsak: Induktiv effekt frå alkylgrupper stabiliserer positiv ladning

Tertiært karbokation (mest stabilt):
- 3 alkylgrupper → mest elektrondonasjon
- Ladninga blir fordelt over større område

Primært karbokation (minst stabilt):
- Berre 1 alkylgruppe
- Ladninga er meir lokalisert

Markovnikovs regel

Regelen

Ved addisjon av HX til usymmetriske alken:

> "Hydrogen adderer til karbonet med flest hydrogen frå før"

Eller ekvivalent:

> "X adderer til karbonet som gir mest stabilt karbokation"

Forklaring

Ved addisjon av t.d. HBr til propen:

Steg 1: H⁺ adderer først og dannar karbokation

To moglegheiter:
a) H til C1 → sekundært karbokation (stabilt)
b) H til C2 → primært karbokation (ustabilt)

Steg 2: Br⁻ angrip karbokationet

Resultat: Det mest stabile karbokationet blir danna raskast → Markovnikov-produktet dominerer

Døme: HBr + propen

$$\text{CH}_3\text{-CH=CH}_2 + \text{HBr} \to \text{CH}_3\text{-CHBr-CH}_3$$

Hovudprodukt: 2-brompropan (Markovnikov)
Biprodukt: 1-brompropan (anti-Markovnikov, lite)

Anti-Markovnikov-addisjon

Under spesielle vilkår (peroksid) kan HBr addera mot Markovnikov:
- Radikalmekanisme
- Gir 1-brompropan som hovudprodukt

Viktige addisjonsreaksjonar

1. Addisjon av hydrogen (hydrogenering)

$$\text{C=C} + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{Pt/Pd/Ni}} \text{C-C}$$

- Krev katalysator (Pt, Pd, eller Ni)
- Gir alkan
- Blir brukt industrielt for herding av oljar

Døme:
$$\text{CH}_2\text{=CH}_2 + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{Pt}} \text{CH}_3\text{-CH}_3$$

2. Addisjon av halogen (halogenering)

$$\text{C=C} + \text{X}_2 \to \text{X-C-C-X}$$

- Rask reaksjon ved romtemperatur
- Gir vicinale dihalid (X på nabokarbon)
- Br₂/CCl₄ gir avfarging (test for umetting)

Døme:
$$\text{CH}_2\text{=CH}_2 + \text{Br}_2 \to \text{CH}_2\text{Br-CH}_2\text{Br}$$

3. Addisjon av hydrogensyrer (hydrohalogenering)

$$\text{C=C} + \text{HX} \to \text{H-C-C-X}$$

- Følgjer Markovnikovs regel
- Reaktivitet: HI > HBr > HCl > HF

Døme:
$$\text{CH}_3\text{-CH=CH}_2 + \text{HCl} \to \text{CH}_3\text{-CHCl-CH}_3$$

4. Addisjon av vatn (hydratisering)

$$\text{C=C} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+} \text{H-C-C-OH}$$

- Krev syre som katalysator
- Følgjer Markovnikovs regel
- Gir alkohol

Døme:
$$\text{CH}_2\text{=CH}_2 + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{OH}$$

Oppsummering

Alken

Markovnikovs regel

Viktige reaksjonar