Alkiny – wszystkie reakcje do matury

1. Jak umiesz alkeny, to umiesz alkiny

Zaczynamy wyjątkowo od dobrej wiadomości! Okazuje się, że jeśli ogarniasz już alkeny, które omawialiśmy wcześniej, to bez problemu poradzisz sobie z alkinami oraz ich reakcjami.

Kluczowa informacja była taka, że alkiny, analogicznie jak alkeny, będą reagowały na zasadzie addycji elektrofilowej. Można powiedzieć, że alkiny to takie podwójne alkeny (mają jakby dwa wiązania podwójne, dwa wiązania pi). Czyli jeśli alkeny reagowały z jedną cząsteczką H2 , Cl2 , Br2 , HCl oraz HBr, to alkiny będą reagowały dokładnie tak samo, tylko z dwoma takimi cząsteczkami.

Właściwości alkinów omawialiśmy razem z alkenami.

2. Reakcje alkinów z Cl2 i Br2

Zobaczmy te podwójne alkeny w akcji. Skoro alkeny reagują z bromem, to tak samo jak alkiny będą odbarwiały wodę bromową.

Reakcje alkinów z chlorem i bromem.

Powyższe reakcje (tak samo jak to było w alkenach) to addycja elektrofilowa. Musisz dokładnie czytać treść zadania czy też uważnie analizować schemat i patrzeć czy jest dodawana jedna czy dwie cząsteczki chloru lub bromu.

3. Reakcje alkinów z wodorem

Reakcja uwodornienia alkinów może zachodzić całkowicie, co oznacza że powstaje węglowodór nasycony lub też etapowo, po jednej cząsteczce wodoru. W reakcji używa się także katalizatorów, typowo będzie to nikiel, pallad czy platyna (nie pokazane na schemacie).

Częściowe i całkowite uwodornienie alkinu prowadzi odpowiednio do alkenu i alkanu.

Zamiast H2 użytego w nadmiarze w treści zadania może być też zapisane (2 mole, 2 cząsteczki wodoru, czy też w stosunku    1 : 2). Takie częściowe dodawanie wodoru prowadzące do alkenu daje nam potencjał w układaniu zadań, bo przecież taka reakcja może prowadzić do powstania alkenu cis  albo  trans!

4. Reakcje alkinów z HCl oraz HBr

Analogicznie jak z alkenami, tutaj również będzie to reakcja addycji elektrofilowej, która zachodzi zgodnie z regułą Markownikowa. Jeśli nie wiesz jeszcze, co to za reguła, to koniecznie trzeba się cofnąć do tego rozdziału. I tak samo podobnie mamy tutaj możliwość dodania HCl czy HBr etapowo, po jednej cząsteczce. Wówczas po pierwszej reakcji pozostanie jeszcze wiązanie podwójne, które zniknie dopiero po drugim etapie. 

Reakcje alkinów z HCl lub HBr przebiega dokładnie tak samo jak z alkenami, a więc bazujemy na regule Markownikowa.

Oczywiście nie musimy się bawić w to etapowe dodawanie, możemy od razu załatwić sprawę i dodać dwie cząsteczki HCl czy HBr. Tak samo było przed chwilą z chlorem, bromem czy wodorem, ale na wszelki wypadek jeśli tamte schematy nie były jasne, wrzucam tutaj osobno taki zapis reakcji :

Możemy od razu z grubej rury uderzyć nadmiarem HCl/HBr w alkin dodając jednocześnie dwie cząsteczki.

5. Reakcje alkinów z wodą, czyli jedyna znacząca różnica

Widząc pierwszy raz reakcję alkinu z wodą można być trochę zdziwionym. Zawsze człowiek myśli, że po prostu powinny dodać się dwie cząsteczki wody, analogicznie jak to było w kombinacji alkin + HCl/HBr. Ale niestety tak się nie dzieje. Tak naprawdę tylko pierwszy etap w ten sposób zachodzi, potem dzieje się coś dziwnego.

Jak według nas powinna przebiegać reakcja alkinu z wodą różni się od rzeczywistości. Tak naprawdę tylko pierwszy etap tak zachodzi, potem dzieję się coś dziwnego.

Jak faktycznie przebiega reakcja? Pierwszy etap jest taki jakbyśmy się tego spodziewali, czyli do alkinu przyłącza się jedna cząsteczka wody zgodnie z regułą Markownikowa.

Rzeczywisty przebieg reakcji alkinu z wodą jest dość niespodziewany. Zamiast tworzyć się podwójny alkohol, to tworzy się związek karbonylowy (w tym przypadku keton).

To co nam powstało po dodaniu pierwszej cząsteczki wody to tak zwany enol. Sama nazwa jest mega logiczna, ponieważ jest to połączenie alkenu (C=C) z alkoholem (C―OH). Jedyną ważna dla Ciebie właściwością enoli jest to, że są one nietrwałe i będą same z siebie ulegać reakcji izomeryzacji (przegrupowania). O izomeryzacji wspominaliśmy krótko tutaj, ale sama nazwa sugeruje już, co to ma być za reakcja. Po prostu z jednego izomeru powstaje drugi.

I teraz uwaga : enol jest tylko wtedy, gdy grupa ―OH oraz wiązanie podwójne znajdują się przy tym samym atomie węgla. Poniżej przykładu enolu oraz jakiegoś zwykłego alkoholu (charakterystyczne ugrupowanie enolu podświetlono na żółto). Enol będzie nietrwały, a alkohol będzie już trwały.

Przykłady enoli oraz związku, który nie jest enolem. Charakterystyczne ugrupowanie enolu podświetlono na żółto.

Prześledźmy jeszcze dokładnie co się dzieje w naszej reakcji izomeryzacji[1].

Dokładny schemat reakcji izomeryzacji, która ma miejsce podczas dodania wody do alkinu.

Pozostaje jeszcze nurtujące pytanie − dlaczego nie mogą się po prostu dodać jednak te dwie cząsteczki wody, żeby było tak samo jak np. z HCl ? Dlaczego enole są nietrwałe[2] ?

6. Trimeryzacja etynu

Rozpocznijmy od analizy nazwy trimeryzacja. Tri− oznacza, że w reakcji będą brały udział trzy cząsteczki etynu. Dalsza część powinna od razu nam się kojarzyć z polimeryzacją, czyli łączeniem mniejszych fragmentów w większą cząsteczkę. I dokładnie coś takiego tutaj ma miejsce.

Schemat reakcji trimeryzacji etynu (acetylenu)

Jest to istotna reakcja ale co najwyżej pod kątem historycznym, ponieważ pozwoliła otrzymać niezwykle ważną cząsteczkę benzenu.


[1] W tym przypadku ta konkretnie izomeryzacja (enolu w keton) nazywa się także tautomeryzacją.

[2] Druga cząsteczka wody mogłaby zostać dodana, nie ma żadnego problemu. Chodzi jednak o to, że reakcja przegrupowania tego enolu, który powstanie po dodaniu jednej cząsteczki wody zachodzi znacznie szybciej. Woda po prostu nie zdąży się dodać. Z reguły jest tak, że reakcje wewnątrzcząsteczkowe (a taką jest reakcja przegrupowania) zachodzą po prostu znacznie szybciej.

Odpowiedź na drugie pytanie jest niestety bardzo, bardzo niesatysfakcjonująca. Ogółem w roztworze wodnym takiego acetonu istnieje też troszeczkę enolu, mówimy tutaj o tak zwanej równowadze keto−enolowej. Tylko, że ketonu jest w takiej mieszaninie 99,9% , a enolu jakieś 0,1%. Ketony są trwalsze niż enole, ponieważ posiadają mocne wiązanie C=O. 

Leave a Reply

%d bloggers like this: