7: آلکن ها - ساختار و واکنش پذیری
- Page ID
- 215552
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)پس از اتمام فصل 7، باید بتوانید تمام اهداف دقیق ذکر شده در هر بخش را برآورده کنید:
- اهمیت آلکن ها را برای صنایع شیمیایی توصیف کنید.
- از مفهوم «درجه اشباع نشده» در تعیین ساختارهای شیمیایی استفاده کنید.
- ساختار الکترونیکی و هندسه آلکن ها را توصیف کنید.
- عوامل موثر بر ثبات آلکن را توصیف کنید و ثبات نسبی تعدادی از آلکن های داده شده را تعیین کنید.
- نام IUPAC یک آلکن مشخص را بنویسید و ساختار هر آلکن را با توجه به نام IUPAC آن رسم کنید.
- تعیین کنید که آیا یک آلکن داده شده دارای پیکربندی E یا پیکربندی Z است.
- توضیح دهید که چرا آلکن ها واکنش پذیرتر از آلکان ها هستند.
- واکنش بین یک آلکن و یک هالید هیدروژن را توصیف کنید و توضیح دهید که چرا یک محصول به جای دیگری تشکیل می شود. توضیحات خود را بر اساس مفاهیم پایداری کربوکاتیون و فرضیه هاموند پایه گذاری کنید.
- تعریف و استفاده در متن، اصطلاحات کلیدی معرفی شده در این فصل.
این، اولین فصل از دو فصل اختصاص داده شده به شیمی آلکن ها، توصیف می کند که چگونه آلکن های خاص به طور طبیعی رخ می دهند، سپس اهمیت صنعتی اتیلن و پروپیلن (ساده ترین اعضای خانواده آلکن) را نشان می دهد. ساختار الکترونیکی آلکن ها بررسی می شود و نامگذاری آنها به طور مفصل مورد بحث قرار می گیرد. پس از پرداختن به مسئله ایزومریسم سیس ترانس در آلکنها، فصل ۷ واکنشپذیری پیوند دوگانه کربن-کربن را معرفی میکند. این فصل سپس بر روی یک واکنش خاص - اضافه کردن هالیدهای هیدروژن به آلکن ها - تمرکز می کند تا تعدادی از مفاهیم مهم، از جمله پایداری کربوکاتیون و فرضیه هاموند را افزایش دهد.
- 7.1: چرا این فصل؟
- پیوندهای دوگانه کربن-کربن در اکثر مولکولهای آلی و بیولوژیکی وجود دارد، بنابراین درک خوبی از رفتار آنها لازم است. در این فصل، ما به برخی از پیامدهای استریوایزومریسم آلکن نگاه خواهیم کرد و سپس بر گستردهترین و کلیترین کلاس واکنشهای آلکن، واکنش افزودن الکتروفیل تمرکز خواهیم کرد. در مقابل، پیوندهای سه گانه کربن-کربن بسیار کمتر اتفاق می افتد، بنابراین ما زمان زیادی را صرف شیمی آنها نمی کنیم.
- 7.2: آماده سازی صنعتی و استفاده از آلکن ها
- آماده سازی صنعتی آلکن ها در درجه اول شامل روش هایی مانند ترک هیدروکربن ها و کم آبی الکل ها است. آلکن ها ترکیبات همه کاره ای هستند که در تولید پلاستیک، الیاف مصنوعی و سایر مواد شیمیایی استفاده می شوند. واکنش پذیری آنها امکان طیف گسترده ای از تحولات شیمیایی را فراهم می کند و آنها را در سنتز آلی ضروری می کند. درک کاربردهای صنعتی آنها اهمیت آلکن ها را در فرآیندهای شیمیایی مختلف برجسته می کند.
- 7.3: محاسبه درجه اشباع نشده
- محاسبه درجه اشباع نبودن اطلاعات مفیدی است زیرا دانستن درجه اشباع نشده، تشخیص ساختار مولکولی را برای فرد آسان تر می کند. این به فرد کمک می کند تا تعداد پیوندهای π و/یا حلقه های چرخه ای را دوباره بررسی کند.
- 7.4: نامگذاری آلکن ها
- آلکن ها دارای پیوندهای دوگانه کربن-کربن هستند و هیدروکربن های اشباع نشده با فرمول مولکولی CnH2N هستند؛ این نیز همان فرمول مولکولی سیکلوآلکان ها است. برای آلکن های زنجیره ای مستقیم، همان قوانین اساسی نامگذاری آلکان ها است به جز تغییر پسوند به «-ene».
- 7.5: ایزومریسم سیس ترانس در آلکن
- ایزومریسم هندسی (همچنین به عنوان ایزومریسم سیس ترانس یا ایزومریسم E-Z شناخته می شود) یک شکل از استریوایزومریسم است. ایزومرها مولکولهایی هستند که فرمول مولکولی یکسانی دارند، اما آرایش متفاوتی از اتمها در فضا دارند. این امر هرگونه ترتیب مختلف (ایزومریسم ساختاری) را که به سادگی به دلیل چرخش مولکول به عنوان یک کل یا چرخش در مورد پیوندهای خاص است، حذف می کند. ایزومریسم ساختاری شکلی از استریوایزومریسم نیست و در یک ماژول جداگانه مورد بررسی قرار می گیرد.
- 7.6: استریوشیمی آلکن و تعیین E، Z
- سیستم سنتی برای نامگذاری ایزومرهای هندسی یک آلکن، که در آن گروه های مشابه به طور متفاوتی مرتب شده اند، نامگذاری آنها به عنوان cis یا trans است. با این حال، به راحتی می توان نمونه هایی را پیدا کرد که سیستم cis-trans به راحتی اعمال نمی شود. آیوپاک سیستم کاملتری برای نامگذاری ایزومرهای آلکن دارد. سیستم R-S بر اساس مجموعه ای از «قوانین اولویت» است که به شما اجازه می دهد هر گروه را رتبه بندی کنید. سیستم آیوپاک برای نامگذاری ایزومرهای آلکن که سیستم E-Z نامیده میشود، بر اساس قوانین اولویت یکسان است.
- 7.7: پایداری آلکن ها
- هیدروژناسیون آلکن، افزودن همزمان هیدروژن به یک آلکن است که پیوند را اشباع می کند. آلکن با گاز هیدروژن در حضور یک کاتالیزور فلزی واکنش می دهد که اجازه می دهد واکنش به سرعت رخ دهد. انرژی آزاد شده در این فرایند که گرمای هیدروژناسیون نامیده میشود، نشان دهنده پایداری نسبی پیوند دوگانه در مولکول است.
- 7.8: واکنش های افزودن الکتروفیل آلکن ها
- این صفحه به واکنش پیوند دوگانه کربن-کربن در آلکنهایی مانند اتن با هالیدهای هیدروژن مانند کلرید هیدروژن و برمید هیدروژن میپردازد. آلکن های متقارن (مانند اتین یا اما 2-ene) ابتدا مورد بررسی قرار می گیرند. اینها آلکن هایی هستند که گروه های یکسان به هر انتهای پیوند دوگانه کربن-کربن متصل می شوند.
- 7.9: جهت گیری اضافات الکتروفیلی - قانون مارکونیکوف
- این صفحه به واکنش پیوند دوگانه کربن-کربن در آلکنهایی مانند اتن با هالیدهای هیدروژن مانند کلرید هیدروژن و برمید هیدروژن میپردازد. آلکن های متقارن (مانند اتین یا اما 2-ene) ابتدا مورد بررسی قرار می گیرند. اینها آلکن هایی هستند که گروه های یکسان به هر انتهای پیوند دوگانه کربن-کربن متصل می شوند.
- 7.10: ساختار کربوکاتیون و پایداری
- این یک اصل کلی در شیمی است که هر چه بار بیشتر پراکنده شود، گونه ای که بار را حمل می کند پایدارتر است. به بیان ساده، گونه ای که در آن بار مثبت بین دو اتم مشترک است، پایدارتر از گونه های مشابه است که در آن بار به طور کامل توسط یک اتم واحد تحمل می شود.
- 7.11: فرض هاموند
- فرضیه هاموند نشان می دهد که ساختار یک حالت گذار شبیه ساختار نزدیکترین گونه پایدار است. در واکنش های گرمازا، حالت انتقال بیشتر شبیه واکنش دهنده ها است، در حالی که در واکنش های گرماگیر، شبیه محصولات است. این مفهوم به پیش بینی انرژی و پایداری واسطه ها در مکانیسم های واکنش کمک می کند و بینش هایی را در مورد رفتار آلکن ها در طی واکنش های شیمیایی ارائه می دهد.
- 7.12: شواهدی برای مکانیسم اضافات الکتروفیلی - بازآرایی کربوکاتیون
- در صورت امکان، کربوکاتیون ها از یک ایزومر با ثبات کمتر به یک ایزومر پایدارتر تغییر می کنند. این بازآرایی را می توان با یک تغییر هیدرید به دست آورد، جایی که یک اتم هیدروژن از یک اتم کربن به اتم دیگر مهاجرت می کند و یک جفت الکترون با آن می گیرد. یا یک تغییر آلکیل، که در آن یک گروه آلکیل تحت مهاجرت مشابهی قرار می گیرد، دوباره یک جفت پیوند الکترون با آن می گیرد. این مهاجرتها معمولاً بین اتمهای کربن همسایه رخ میدهد.
- 7.13: مسائل شیمی - Biopprospecting - شکار محصولات طبیعی
- تمام موجودات زنده همچنین دارای تنوع گسترده ای از مواد هستند که معمولا تحت عنوان محصولات طبیعی گروه بندی می شوند. اصطلاح محصول طبیعی در واقع به هر ماده طبیعی اشاره دارد، اما به طور کلی به معنای متابولیت ثانویه است - یک مولکول کوچک که برای رشد و توسعه ارگانیسم تولید کننده ضروری نیست و توسط ساختار طبقه بندی نمی شود.
- 7.14: شرایط کلیدی
- آلکن ها دسته ای از هیدروکربن ها هستند (یعنی فقط حاوی کربن و هیدروژن هستند). آنها ترکیبات غیر اشباع با حداقل یک پیوند دوگانه کربن به کربن هستند. پیوند دوگانه آلکنها را واکنشپذیرتر از آلکانها میکند. الفین اصطلاح دیگری است که برای توصیف آلکن ها استفاده می شود.
- 7.15: خلاصه
- خلاصه آلکن ها ساختار، واکنش پذیری و اهمیت استریوشیمی را در کنار واکنش های اضافی پوشش می دهد. این مفاهیم کلیدی مانند تشکیل و پایداری آلکن ها، واکنش های آنها و مکانیسم ها، از جمله اضافات الکتروفیلی را برجسته می کند. این بخش همچنین بر چگونگی تأثیر عوامل مختلف بر نتایج واکنش، مانند اثرات فضایی و الکترونیکی تأکید دارد. درک این اصول برای پیش بینی و دستکاری واکنش های آلکن در سنتز آلی بسیار مهم است.
تصویر بند انگشتی: مدل توپ و چوب مولکول اتیلن (اتیلن)،. \(\ce{C2H4}\) (مالکیت عمومی؛ بن میلز از طریق ویکیپدیا)