Alkene, Alkine, Polyene
Alkene
Alkene sind Kohlenwasserstoffe, die neben den Einfachbindungen auch Doppelbindungen enthalten. Sie sind deutlich reaktionsfähiger als die Alkane, da die Doppelbindung angegriffen werden kann und so ein energieärmerer Zustand erreicht werden würde. Die Doppelbindung wird mit der Abkürzung –en unter Angabe der Ziffer des C-Atoms, wo die Doppelbindung vorkommt, beschrieben.
Merke
Eine allgemeine Summenformel wäre: H2C=CH-CnH2n+2
Spezialfall Doppelbindung
Durch die Doppelbindung sind die Moleküle an diesen Stellen nicht frei drehbar und nehmen daher typische Konformationen ein. Befinden sich zwei gleiche Restgruppen (Substituenten) an einer Doppelbindung kann man zwei Lagebeziehungen unterscheiden, die trans- und cis-Form. Diese sind Diasteriomere zueinander, wobei die Spiegelachse im Molekül liegt. Man findet keine Sterozentren.
Bei der cis-Form liegen beide Restgruppen auf der gleichen Seite zur Doppelbindung. Liegen sie auf unterschiedlichen Seiten, spricht man von der trans-Form.
Diese Nomenklatur gilt generell an Doppelbindung zu unterscheiden. Somit kann ein Molekül mit Doppelbindungen immer in der cis oder trans-Form vorliegen.
Beispiel
Alkene sind ebenfalls durch chemische Umlagerung dazu befähigt, Ringe zu bilden.
Ein Beispiel wäre für ein brauchbares Alken ist das Ethen. Dieses wirkt als Pflanzenhormon und ruft die Fruchtreife hervor, z.B bei Bananen wird dies eingesetzt.
Merke
Doppelbindung verhindert freie Drehbarkeit -> cis- oder trans-Form!
Typische Reaktion: Elektrophile Addition
Ein Beispiel wäre die Alkenbomierung. Es werden elektrophile Teilchen gebildet. Das bedeutet Teilchen, welche einen Elektronenmangel aufweisen, dadurch positiv geladen sind und nach Elektronen streben, sprich leicht Doppelbindungen, wie sie in den Alkenen vorliegen, angreifen.
Reaktionsablauf:
a) Polarisierung und Partialladungsverschiebung
Durch die Doppelbindung kommt es in Gegenwart von Halogeniden, wie z.B Br2 (X2), oder Wasserstoffhalogenide (H-X) zu einer Polarisierung. Die Doppelbindung stößt die gleichsinnig geladen Elektronenwolke des Br-Br ab; darüber erfolgt eine Polarisierung im Halogenid, eine mehr positivere und eine mehr negativere Partialladung im X2 entsteht. So bilden sich theoretisch gesehen ein elektrophiler und ein nucleophiler Teil.
b) Addition des Halogenids an der Doppelbindung
Die Polarisierung nimmt so stark zu, dass der elektophile-positive Teil des X2 unter Bildung eines cyclischen Komplexes auf die Doppelbindung übertragen wird.
Dieser Zustand unter Carbeniumbildung (positiv geladenes C-Atom) ist ein Übergangszustand, der die Aktivierungsenergie soweit herabsetzt, dass die Reaktion schnell ablaufen kann.
Nach der Übertragung bleibt ein Carbenium erhalten, dieses kann nun mit dem negativeren/nucleophileren Teil des X2 reagieren. Damit ist die Doppelbindung aufgelöst und zwei Halogenidatome wurden an das Alken, nun Alkan, addiert. Es entstehen Halogenalkane. Anstelle des X-, kann auch ein H-Atom noch addiert werden.
Das Lösungsmittel ist dabei sehr entscheidend und hat großen Einfluss auf die Geschwindigkeit. Polare Lösungsmittel mit Ionen polarisieren die Bindung leichter und stabilisierend damit schneller den Übergangszustand, darüber den Ablauf der Reaktion.
Die für die Bromaddition beschrieben Polarisierung wird auch als induktiver oder kurz I-Effekt bezeichnet.
Der I-Effekt beschreibt den von einem Atom oder eine Gruppe ausgehende polarisierende Einfluss auf andere Atome oder Atomgruppen. Man unterscheidet einen positiven und einen negativen und positiven I-Effekt, sprich einem Elektronen entziehen oder Elektronen drückenden Effekt.
Aussagen über den I-Effekt können mit Hilfe der Elektronegativität, der Fähigkeit Bindungselektronen anzuziehen, gemacht werden.
Beispielgruppen:
- Elektronenschiebend, + I-Effekt: Alkylgruppen, positiver geladen
- Elektronenziehend, - I-Effekt: Halogenide, negativer geladen
Methylgruppe drückt Elektronen, positiv à CH3–Cl3 Chlor hat eine größere EN und zieht damit Elektronen, -> negativ!
Alkensynthese: Die Eliminierungsreaktion E
Die generelle Bildung von Alkenen kann über eine Eliminierungsreaktion erfolgen, sprich das „eliminieren“ von zwei Gruppen unter Bildung von Doppel- oder Dreifachbindungen. Für die Bildung von Alkenen werden als Ausgangstoff substituierte Alkane verwenden, wie z.B Halogenalkane. Die Eliminierung ist eine chemische Reaktion, bei der ein Atom oder eine Atomgruppe aus einem Molekül austritt, aber nicht durch andere ersetzt wird. Es werden bei dieser Reaktion kleine Molekülteile (zwei Atome oder Gruppen) aus einem größeren heraus abgespalten, ohne das andere Gruppen an ihre Stelle treten. Es entsteht ein neues, kleineres ungesättigtes Molekül mit einer Doppelbindung:
Alkine
Alkine sind Kohlenwasserstoffverbindungen, die neben den Einfachbindungen in diesem Falle Dreifachbindungen aufweisen.
Sie sind noch reaktionsfähiger als die Alkene oder Alkane, da die Dreifachbindungen angegriffen werden kann und so ein noch energieärmerer Zustand erreicht werden würde.
Die Dreifachbindung wird mit der Abkürzung –in unter Angabe der Ziffer des C-Atoms beschrieben. Der Zerfall von Alkinen ist exotherm, da sie sehr energiereich sind, wohingegen die Bildung eine enorme Energie abverlangt. Druck oder Hitze kann zu spontanen Explosionsvorgängen führen. Die Aufbewahrung sollte also generell diesen Vorgängen vorbeugen.
Merke
Eine allgemeine Summenformel wäre: HC≡CH-CnH2n+2
Räumlich weisen sie einen linearen Aufbau vor, weswegen sie auch in ihrer Bewegung sehr eingeschränkt sind. Die Dreifachbindung kann durch Additionsreaktionen sehr schnell gelöst werden.
Polyene
Polyene sind organische Kohlenwasserstoffverbindungen, welche zwei oder mehr Doppelbindungen aufweisen.
Man zählt sie allgemein zur Stoffgruppe der Alkene, jedoch unterscheidet man dabei je nach Anzahl der Doppelbindungen unter Dien (2), Trien (3), Tetraen (4) und so weiter.
Polyene können generell zur Polymerisation verwendet werden. Die typischsten Beispiele sind Isopren oder auch das Polyethin.
Isopren ist auch in den Organismen von großer Bedeutung, es wird vom Körper selbst aufgebaut und miteinander verknüpft. So werden Terpene, Cholesterin oder andere Derivate gebildet, die wichtige Funktionen im Metabolismus übernehmen.
Beispiel
Beispiele: Terpen:
- ß-Carotin für das Sehen,
- Cholesterin als Fluiditätsmacher der Biomembran
