8.2 Alkoholer, aldehyder og ketoner

Alkener - umettede hydrokarboner

Struktur og binding

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

Binding i C=C:
- Én σ-binding (sigma) - rotasjon mulig
- Én π-binding (pi) - hindrer rotasjon
- Bindingslengde: 134 pm (kortere enn C-C på 154 pm)
- Bindingsenergi: ca. 614 kJ/mol

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

Navnsetting av alkener

Hovedregler:
1. Finn lengste kjede som inneholder dobbeltbindingen
2. Nummerer slik at C=C får lavest mulig nummer
3. Angi posisjon med tall foran -en-endelsen

Eksempler:
- 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-bindingen hindrer fri rotasjon rundt C=C dobbeltbindingen.
Når begge karbonatomene har to forskjellige substituenter, får vi geometriske isomerer.

Cis- og trans-isomerer

Cis-isomer: Like grupper på samme side av dobbeltbindingen
Trans-isomer: Like grupper på motsatt side av dobbeltbindingen

Eksempel: But-2-en

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

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

E/Z-nomenklatur

For mer komplekse molekyler brukes E/Z-systemet:

Bestemmes av Cahn-Ingold-Prelog-prioritet:
- Høyere atomnummer = høyere prioritet
- Z (zusammen): Høyest prioriterte grupper på samme side
- E (entgegen): Høyest prioriterte grupper på motsatt side

Eksempel: 2-bromprop-1-en
- Br har høyere prioritet enn H
- CH₃ har høyere prioritet enn H

Alkenenes reaktivitet

Hvorfor er alkener reaktive?

1. π-elektronene er lett tilgjengelige over og under bindingsplanet
2. Elektronrike: Tiltrekker elektrofile reagenser
3. Svakere binding: π-binding (264 kJ/mol) svakere enn σ-binding (350 kJ/mol)

Elektrofil addisjon - hovedreaksjonstype

Mekanisme:
1. Elektrofil angriper π-elektronskyen
2. Danner karbokation (ustabilt mellomprodukt)
3. Nukleofil angriper karbokationet

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

Produktet er mettet (alle enkeltbindinger).

Stabilitet av karbokationer

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

Årsak: Induktiv effekt fra alkylgrupper stabiliserer positiv ladning

Tertiært karbokation (mest stabilt):
- 3 alkylgrupper → mest elektrondonasjon
- Ladningen fordeles over større område

Primært karbokation (minst stabilt):
- Bare 1 alkylgruppe
- Ladningen er mer lokalisert

Markovnikovs regel

Regelen

Ved addisjon av HX til usymmetriske alkener:

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

Eller ekvivalent:

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

Forklaring

Ved addisjon av f.eks. HBr til propen:

Steg 1: H⁺ adderer først og danner karbokation

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

Steg 2: Br⁻ angriper karbokationet

Resultat: Det mest stabile karbokationet dannes raskest → Markovnikov-produkt dominerer

Eksempel: HBr + propen

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

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

Anti-Markovnikov addisjon

Under spesielle betingelser (peroksider) kan HBr addere mot Markovnikov:
- Radikal mekanisme
- Gir 1-brompropan som hovedprodukt

Viktige addisjonsreaksjoner

1. Addisjon av hydrogen (hydrogenering)

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

- Krever katalysator (Pt, Pd, eller Ni)
- Gir alkan
- Brukes industrielt for herding av oljer

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

2. Addisjon av halogener (halogenering)

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

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

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

3. Addisjon av hydrogensyrer (hydrohalogenering)

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

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

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

4. Addisjon av vann (hydratisering)

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

- Krever syre som katalysator
- Følger Markovnikovs regel
- Gir alkohol

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

Oppsummering

Alkener

Markovnikovs regel

Viktige reaksjoner