Alkeny

Jak to rozwiązać — rozdzielenie pierścienia i wiązań π

Krok 1. Węglowodór A. Indeks = 2, ale przyłącza tylko 1 mol H₂ (połowę tego co B) → ma 1 wiązanie π + 1 pierścień. Bez 3-rzędowych atomów C to cykloheksen. Reakcja z wodorem (przyłączenie do C=C) daje cykloheksan:

C₆H₁₀ (cykloheksen) + H₂ →(Pt) C₆H₁₂ (cykloheksan)

Krok 2. Węglowodór B. Indeks = 2, przyłącza 2 mole H₂ → ma 2 wiązania π (dien). Nierozgałęziony, 4 atomy sp², polimeryzuje → heksa-2,4-dien:

CH₃–CH=CH–CH=CH–CH₃

✔ Zgodne z kluczem: A = cykloheksen (+H₂ → cykloheksan); B = CH₃–CH=CH–CH=CH–CH₃.

Schemat 1 — addycja wody zgodna z regułą Markownikowa.

Produktem jest \(\mathrm{CH_3CH_2-C(OH)(CH_2CH_3)-CH_2CH_3}\), czyli 3-etylopentan-3-ol — alkohol trzeciorzędowy. Atom węgla z grupą \(\mathrm{-OH}\) jest połączony z trzema grupami etylowymi.

Zgodnie z regułą Markownikowa grupa \(\mathrm{-OH}\) przyłącza się do bardziej podstawionego atomu węgla wiązania podwójnego. Odtwarzając substrat, usuwamy \(\mathrm{OH}\) z tego atomu węgla i atom \(\mathrm{H}\) z sąsiedniego atomu węgla:

\(\mathrm{CH_3-CH_2-C(CH_2CH_3)=CH-CH_3}\)  (3-etylopent-2-en)

Warunki: woda w środowisku kwasowym — \(\mathrm{H_2O}\), \(\mathrm{H^+}\) (albo \(\mathrm{H_3O^+}\)).

Schemat 2 — addycja wody niezgodna z regułą Markownikowa.

Produktem jest \(\mathrm{CH_3CH_2-CH(CH_3)-CH_2OH}\), czyli 2-metylobutan-1-ol — alkohol pierwszorzędowy.

W hydroborowaniu z następczym utlenianiem grupa \(\mathrm{-OH}\) przyłącza się do mniej podstawionego atomu węgla. Odtwarzając substrat, usuwamy \(\mathrm{OH}\) z atomu węgla \(\mathrm{C_1}\) i atom \(\mathrm{H}\) z atomu \(\mathrm{C_2}\):

\(\mathrm{CH_2=C(CH_3)-CH_2-CH_3}\)  (2-metylobut-1-en)

Sprawdzenie: bor przyłącza się do mniej podstawionego (terminalnego) atomu węgla, a po utlenieniu zastępuje go grupa \(\mathrm{-OH}\) — otrzymujemy \(\mathrm{HOCH_2-CH(CH_3)-CH_2CH_3}\) ✓

Warunki: \(\mathrm{BH_3}\), a następnie \(\mathrm{H_2O_2}\) w obecności \(\mathrm{OH^-}\).

Odpowiedź: Schemat 1 — alken \(\mathrm{CH_3CH_2-C(CH_2CH_3)=CH-CH_3}\), warunki \(\mathrm{H_2O}\), \(\mathrm{H^+}\) (albo \(\mathrm{H_3O^+}\)); Schemat 2 — alken \(\mathrm{CH_2=C(CH_3)-CH_2CH_3}\), warunki \(\mathrm{H_2O}\), \(\mathrm{BH_3}\), następnie \(\mathrm{H_2O_2/OH^-}\).

Jak to rozwiązać — addycja HBr i odwrotna eliminacja

Krok 1. X = pent-2-en. Addycja HBr do wiązania podwójnego (C2=C3) może dać dwa bromopentany: 2-bromopentan (Br na C2) i 3-bromopentan (Br na C3).

Krok 2. Związek A po eliminacji (–HBr) daje wyłącznie pent-2-en. Tylko 3-bromopentan spełnia ten warunek — eliminacja z C3 może zajść tylko w stronę C2 (obie strony są równoważne, powstaje wyłącznie pent-2-en). Zatem A = 3-bromopentan.

Krok 3. B to drugi produkt addycji: 2-bromopentan: CH₃–CHBr–CH₂–CH₂–CH₃.

✔ Zgodne z kluczem: A = 3-bromopentan; B = CH₃–CHBr–CH₂–CH₂–CH₃.

Jak to rozwiązać — reguła Markownikowa

Zasada Markownikowa: w addycji wody atom H przyłącza się do atomu węgla wiązania podwójnego związanego z większą liczbą atomów H, a grupa –OH do węgla związanego z mniejszą liczbą atomów H.

Związek Y (CH₃)₂C=CH–CH₃: –OH trafia na atom (CH₃)₂C (brak H) → powstaje 2-metylobutan-2-ol — alkohol III-rzędowy.

Związek Q (CH₃)₂CH–CH=CH₂: –OH trafia na wewnętrzny atom =CH– → powstaje 3-metylobutan-2-ol — alkohol II-rzędowy.

Rozstrzygnięcie: NIE — produkty są różne, bo cząsteczki różnią się położeniem wiązania podwójnego, więc zgodnie z regułą Markownikowa –OH przyłącza się do różnych atomów węgla.

✔ Zgodne z kluczem: Nie (Y → alkohol III-rz., Q → alkohol II-rz.).

Jak to rozwiązać — utlenianie alkenu do ketonu

Krok 1. Keton powstaje tylko wtedy, gdy przy wiązaniu podwójnym jest atom węgla bez atomu H, czyli fragment R₂C=. Taki fragment ma tylko Y: (CH₃)₂C=CH–CH₃.

Krok 2. Rozerwanie C=C w Y: fragment (CH₃)₂C= → keton (CH₃)₂C=O (propanon/aceton); fragment =CH–CH₃ → kwas octowy.

✔ Zgodne z kluczem: alken = 2-metylobut-2-en; keton = (CH₃)₂C=O (H₃C–CO–CH₃).

Rozwiązanie

A to buta-1,3-dien. CH₂=CH–CH=CH₂ $+ 2$H₂ $\to$ CH₃–CH₂–CH₂–CH₃ (butan).

Rozwiązanie

Rozerwanie wiązania C=C (między C3 a C4):

• fragment CH₃–CH₂–C(CH₃)= → keton butan-2-on;
• fragment =CH–CH₂–CH₂–CH₃ → aldehyd butanal.

Rozwiązanie

Cykliczny, symetryczny alken po ozonolizie daje jeden dialdehyd — jest to związek III (cykloheksen → heksanodial). Węglowodór dający wyłącznie etanal (CH₃CHO) to symetryczny CH₃–CH=CH–CH₃ (but-2-en).

Rozwiązanie

Alken A: CH₃–CH=C(CH₃)–CH₂–CH₃ (3-metylopent-2-en) — ma izomery cis–trans.

Alken B: CH₂=C(CH₂CH₃)–CH₂–CH₃ (2-etylobut-1-en) — po addycji HCl (Markownikow) także daje 3-chloro-3-metylopentan.

Wyjaśnienie: przy jednym z atomów węgla wiązania podwójnego w B (grupa =CH₂) są dwa jednakowe podstawniki (atomy H), więc izomeria cis–trans jest niemożliwa.

Rozwiązanie

Alken A: CH₃–CH₂–CH=CH–CH₂–CH₃ (heks-3-en) — symetryczny, w utlenianiu daje jeden produkt; ma izomery cis–trans.

Alken B: CH₂=C(CH₃)–CH₂–CH₂–CH₃ (2-metylopent-1-en) — po uwodornieniu daje 2-metylopentan.

Wyjaśnienie: przy jednym z atomów węgla wiązania podwójnego w B (grupa =CH₂) znajdują się dwa jednakowe podstawniki (dwa atomy H), dlatego izomeria cis–trans jest niemożliwa.

Rozwiązanie

• Z alkenu A (heks-3-en) — kwas propanowy (oba fragmenty HRC= dają ten sam kwas).
• Z alkenu B (2-metylopent-1-en) — pentan-2-on oraz tlenek węgla(IV) (CO₂).