Најважније из лекције
Добијање алкена:
- Дехидратација алкохола: \(\text{алкохол} \xrightarrow[\text{t}^\circ]{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{алкен} + \text{H}_2\text{O}\). Главни производ је више супституисани (стабилнији) алкен.
- Дехидрохалогеновање халогеналкана: \(\text{халогеналкан} + \text{KOH} \xrightarrow{\text{t}^\circ} \text{алкен} + \text{KX} + \text{H}_2\text{O}\).
- \(\text{C}_2 - \text{C}_4\) су гасови, \(\text{C}_5 - \text{C}_{18}\) су течности, \(\ge \text{C}_{19}\) су чврсте супстанце. Не растварају се у води.
- Температура топљења: trans-изомери имају вишу тачку топљења од cis-изомера због бољег паковања у кристалној решетки (\(T_{\text{т}}(trans) > T_{\text{т}}(cis)\)).
Дехидратација алкохола је реакција елиминације молекула воде из молекула алкохола, при чему настаје алкен.
Реакција се одвија на повишеној температури (\(t^\circ\)) уз присуство јаке неорганске киселине (најчешће концентроване \(\text{H}_2\text{SO}_4\) или \(\text{H}_3\text{PO}_4\)), која има улогу дехидратационог средства.
\[ \text{алкохол} \xrightarrow[\text{t}^\circ]{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{алкен} + \text{H}_2\text{O} \]
Селективност елиминације:
- Ако се хидроксилна (\(-\text{OH}\)) група налази на крајњем (првом) атому угљеника, као производ углавном настаје један алкен (алк-1-ен).
- Ако се \(-\text{OH}\) група не налази на првом атому угљеника, може настати смеша изомерних алкена. Главни производ реакције је онај алкен који је стабилнији, односно који је више супституисан (има више алкил-група везаних за атоме угљеника повезане двоструком везом).
Дехидратацијом 2-метилбутан-2-ола настају два алкена, при чему је 2-метилбут-2-ен главни производ (више супституисан), а 2-метилбут-1-ен споредни производ:
\[ \begin{array}{c} \text{CH}_3 \\ | \\ \text{CH}_3-\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \\ | \\ \text{OH} \end{array} \xrightarrow[\text{t}^\circ]{\text{H}_2\text{SO}_4} \underbrace{\begin{array}{c} \text{CH}_3 \\ | \\ \text{CH}_3-\text{C}=\text{CH}-\text{CH}_3 \end{array}}_{\text{2-метилбут-2-ен (главни)}} + \underbrace{\begin{array}{c} \text{CH}_3 \\ | \\ \text{CH}_2=\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \end{array}}_{\text{2-метилбут-1-ен}} + \text{H}_2\text{O} \]
Који алкен настаје дехидратацијом 2-метилбутан-1-ола?
Пошто се \(-\text{OH}\) група налази на првом угљениковом атому, долази до елиминације воде и формирања двоструке везе на положају 1:
\[ \begin{array}{c} \text{CH}_2-\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \\ | \quad | \\ \text{OH} \quad \text{CH}_3 \end{array} \xrightarrow[\text{t}^\circ]{\text{H}_2\text{SO}_4} \begin{array}{c} \text{CH}_2=\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \\ | \\ \text{CH}_3 \end{array} + \text{H}_2\text{O} \]
Производ је 2-метилбут-1-ен (2-метил-1-бутен).
Дехидрохалогеновање је реакција елиминације молекула халогеноводоника (\(\text{HX}\)) из халогеналкана (алкил-халогенида) под утицајем јаких алкалних база (нпр. \(\text{KOH}\)) на повишеној температури.
\[ \text{R}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{X} + \text{KOH} \xrightarrow{\text{t}^\circ} \text{R}-\text{CH}=\text{CH}_2 + \text{KX} + \text{H}_2\text{O} \]
(где је \(\text{X} = \text{Cl}, \text{Br}, \text{I}\))
Дехидрохлоровањем 1-хлорбутана помоћу калијум-хидроксида настаје бут-1-ен, калијум-хлорид и вода:
\[ \text{CH}_2\text{Cl}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3 + \text{KOH} \xrightarrow{\text{t}^\circ} \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O} \]
Ако халоген није на крају низа (нпр. 2-хлорбутан), теоријски могу настати сви могући положајни и геометријски изомери: бут-1-ен, cis-бут-2-ен и trans-бут-2-ен.
Који алкен настаје дехидрохлоровањем 1-хлорпропана у присуству \(\text{KOH}\)?
Реакцијом настаје пропен:
\[ \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2\text{Cl} + \text{KOH} \xrightarrow{\text{t}^\circ} \text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}_2 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O} \]
Агрегатна стања на собној температури и атмосферском притиску:
- Гасови: прва три члана низа (\(\text{C}_2 - \text{C}_4\): етен, пропен, бутени).
- Течности: наредних 14 чланова (\(\text{C}_5 - \text{C}_{18}\)).
- Чврсте супстанце: алкени са 19 и више угљеникових атома (\(\ge \text{C}_{19}\)).
Растворљивост: Алкени су неполарна једињења и практично се не растварају у води, слично као и сви остали угљоводоници.
Температуре кључања: Мало се разликују од температура кључања одговарајућих алкана исте дужине низа или између структурних изомера алкена.
Између cis- и trans-изомера постоје значајне разлике у температурама топљења.
Паковање у кристалној решетки:
- Молекули trans-изомера имају симетричнији и правилнији облик, што омогућава знатно гушће и лакше паковање у кристалну решетку. Зато trans-изомери имају вишу температуру топљења.
- Молекули cis-изомера су закривљени у простору и теже се слажу у кристалној структури, због чега имају нижу температуру топљења у односу на одговарајући trans-изомер.
Поређење температура топљења:
\[ T_{\text{т}}(\text{пропен}) < T_{\text{т}}(cis\text{-бут-2-ен}) < T_{\text{т}}(trans\text{-бут-2-ен}) \]
Пропен има најнижу температуру топљења због најмањег броја угљеникових атома (мања моларна маса), док међу изомерима бутена trans-изомер има вишу тачку топљења од cis-изомера.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Напиши хемијску једначину добијања етена дехидратацијом етанола уз навођење потребних услова.
У присуству концентроване сумпорне киселине као дехидратационог средства и на повишеној температури:
\[ \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{OH} \xrightarrow[\text{t}^\circ]{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{H}_2\text{O} \]
Задатак 2 (средњи): Предложи структуру и назив алкохола чијом се дехидратацијом као једини алкенски производ добија 2,3-диметилпент-1-ен.
Да би се добио искључиво пент-1-ен (двострука веза на крају), хидроксилна група мора бити на положају 1:
Полазно једињење је 2,3-диметилпентан-1-ол (2,3-диметил-1-пентанол): \[ \begin{array}{c} \text{CH}_3 \quad \text{CH}_3 \\ | \qquad | \\ \text{CH}_2-\text{CH}-\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \\ | \\ \text{OH} \end{array} \]
Полазно једињење је 2,3-диметилпентан-1-ол (2,3-диметил-1-пентанол): \[ \begin{array}{c} \text{CH}_3 \quad \text{CH}_3 \\ | \qquad | \\ \text{CH}_2-\text{CH}-\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \\ | \\ \text{OH} \end{array} \]
Задатак 3 (средњи): Који изомер има вишу температуру топљења: cis-нон-3-ен или trans-нон-3-ен? Образложи одговор.
Вишу температуру топљења има trans-нон-3-ен.
Образложење: Молекули trans-изомера су просторно симетричнији и правилнијег облика, што омогућава њихово боље и компактније паковање у кристалну решетку у чврстом агрегатном стању, за шта је потребна већа енергија да би се решетка разрушила при топљењу.
Образложење: Молекули trans-изомера су просторно симетричнији и правилнијег облика, што омогућава њихово боље и компактније паковање у кристалну решетку у чврстом агрегатном стању, за шта је потребна већа енергија да би се решетка разрушила при топљењу.
Задатак 4 (тежак): Који халогеналкан дехидрохлоровањем помоћу калијум-хидроксида даје смешу 2-метилпент-1-ена и 2-метилпент-2-ена? Напиши формулу тог халогеналкана и означи који од наведена два алкена представља главни производ.
Полазни халогеналкан је 2-хлор-2-метилпентан:
\[ \begin{array}{c} \text{CH}_3 \\ | \\ \text{CH}_3-\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \\ | \\ \text{Cl} \end{array} \]
Приликом елиминације \(\text{HCl}\), атом водоника може отићи са суседног C1 атома (дајући 2-метилпент-1-ен) или са суседног C3 атома (дајући 2-метилпент-2-ен).
Главни производ је 2-метилпент-2-ен јер је двострука веза више супституисана (стабилнији алкен).
Главни производ је 2-метилпент-2-ен јер је двострука веза више супституисана (стабилнији алкен).
