Zuletzt geändert: Mi, 30.11.2005

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0.0.1 Alkene

Allgemeine Formel der Alkene: \text{C}_n\text{H}_{2n}CnH2n ← trotz gleicher Formel großer Unterschied zu Cycloalkanen

Einfachstes Alken: \text{C}_2\text{H}_4C2H4

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} \text{H} & & & & & & \text{H} \\ {} & \backslash{} & & & & / & \\ {} & & \text{C} & = & \text{C} & & \\ {} & / & & & & \backslash{} & \\ {} \text{H} & & & & & & \text{H} \end{array}H H C =C H H

Bindungsverhältnisse bei einer C-C-Doppelbindung

→ sp³-C-Atome sehr schwer zu C=C zu vereinigen → anderer Hybridisierungszustand!

1s² 2sp²-Hybrid³ 2p¹ (C in Doppelbindung sp²-hybridisiert)

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Überlappung von sp²-Hybridorbitalen ist rotationssymmetrisch → \sigmaσ-Bindung

Zwei Überlappungszonen oberhalb/unterhalb der Bindungsebene → \piπ-Bindung, nicht rotationssymmetrisch

[Die sp²-Hybridorbitale liegen alle in einer Ebene, die p-Orbitale stehen senkrecht]

0.0.1.1 Isomere der Alkene

Die homologe Reihe der Alkene enthält den Wortstamm der Alkane, aber mit der Endung -en.

FormelBezeichnung
\text{C}_2\text{H}_4C2H4Ethen
\text{C}_3\text{H}_6C3H6Propen
\text{C}_4\text{H}_8C4H8Buten (ab hier isomere Verbindungen durch die Lage der Doppelbindung)
\text{C}_5\text{H}_{10}C5H10Penten
1-Buten

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccc} {} | & & | & & | & & | & \\ {} \text{C} & = & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} | & & & & | & & | & \end{array} C =CCC

2-Buten/But(2)en

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccc} {} & | & & | & & | & & | & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & = & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} & | & & & & & & | & \end{array} CC =CC

Propen

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccc} {} | & & | & & | & \\ {} \text{C} & = & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} | & & & & | & \end{array} C =CC

1-Penten

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccccc} {} | & & | & & | & & | & & | & \\ {} \text{C} & = & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} | & & & & | & & | & & | & \end{array} C =CCCC

Cis-2-Penten

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccc} {} & | & & | & & | & & | & & | & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & = & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} & | & & & & & & | & & | & \end{array} CC =CCC

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccc} {} & & \backslash{} & & & & / & & & & \\ {} & & & \text{C} & = & \text{C} & & & & & \\ {} \backslash{} & & / & & & & \backslash{} & & / & & / \\ {} & \text{C} & & & & & & \text{C} & - & \text{C} & \\ {} / & & \backslash{} & & & & / & & / & & \end{array} C =C C CC

Trans-2-Penten [nicht 100 % sicher korrekt]

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccc} {} & | & & | & & & & | & & | & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & = & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} & | & & & & | & & | & & | & \end{array} CC =CCC

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccc} {} \backslash{} & & / & & & & & & & & \\ {} & \text{C} & & & & & & & & & \\ {} / & & \backslash{} & & & & / & & & & \\ {} & & & \text{C} & = & \text{C} & & & & & \\ {} & & / & & & & \backslash{} & & / & & / \\ {} & & & & & & & \text{C} & - & \text{C} & \\ {} & & & & & & / & & / & & \end{array} C C =C CC

Zwei unterschiedliche Moleküle, da um C=C-Bindung keine Drehung!

Die Doppelbindung sorgt für eine weitere Form der Isomerie (cis-trans-Isomerie). Es gilt:

cis

Die beiden "größten" Reste auf der gleichen Seite.

trans

Die Beiden "größten" Reste auf gegenüberliegender Seite.

0.0.1.2 Alkene und ihre Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften:

Schmelzpunkt/Siedepunkt

Da nur V.d.W-Kräfte als zwischenmolekulare Wechselwirkung auftreten vergleichbar niedrig wie bei Alkanen, aufgrund der Doppelbindung aber noch niedriger.

[Durch Doppelbindung 120°-Winkel → nicht mehr so schön geradkettig, sondern Bruch: statt \text{\texttt{----}}---- \text{\texttt{¯\textbackslash{}\_{}\_{}\_{}}}∖___]

Viskosität

Geringere Viskosität als Alkane [gleicher Grund wie bei Schmelzpunkt/Siedepunkt]

Löslichkeit

Alkene sind nahezu unpolare Moleküle → lipophil/hydrophob.

Chemische Eigenschaften:

Brennbarkeit

Brennbar, aber aufgrund höheren C-Anteils im Molekül ist mehr Sauerstoff [pro Molekül] nötig für eine "saubere" (vollständige [also, IIRC, nicht rußende]) Verbrennung (im Vergleich zu Alkanen).

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} \backslash{} & & & & / \\ {} & \text{C} & = & \text{C} & \\ {} / & & & & \backslash{} \end{array} C =C

[Reaktion u.a. zu...:]

  • \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} & & & \text{OH} & \\ {} & | & & | & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} & | & & | & \end{array} OH C C

  • \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccccc} {} & & | & & | & & | & & | & & | & & \\ {} \cdots & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \cdots \\ {} & & | & & | & & | & & | & & | & & \end{array} CCCCC

  • \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} & | & & | & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} & | & & | & \\ {} & & & \text{Cl} & \end{array} CC Cl

  • \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} & | & & | & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} & | & & | & \end{array} CC

  • Zahlreiche [weitere] Möglichkeiten

Reaktionsprinzip: Addition an Doppelbindung

Alkene zeigen aufgrund der Doppelbindung im Vergleich zu den Alkanen eine erhöhte Reaktionsbereitschaft.

Beispiel: Reaktion mit \text{Br}_2Br2:

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccccccc} {} & | & & | & & | & & | & & | & & | \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & = & \text{C} \\ {} & | & & | & & | & & | & & & & | \end{array} + \text{Br}_2 \longrightarrow \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccccccccc} {} & & & & & & & & & \text{Br} & & & & \\ {} & | & & | & & | & & | & & | & & | & & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{Br} \\ {} & | & & | & & | & & | & & | & & | & & \\ {} & & & & & & & & & \vspace*{1ex} & & & & \end{array} CCCCC =C + Br2 Br CCCCCCBr

Reaktionsmechanismus:

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccc} {} \backslash{} & & / \\ {} & \text{C} & \\ {} & \vert\vert{} & \\ {} & \text{C} & \\ {} / & & \backslash{} \end{array} + \,\text{Br}_2 \stackrel{\text{langsam}}{\rightleftharpoons} \underbrace{\left[ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccc} {} \backslash{} & & / & & & & & & & & \\ {} & \text{C} & & & & & & \delta^+ & & \delta^- & \\ {} & \vert\vert{} & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & | & \underline{\overline{\text{Br}}} & - & \underline{\overline{\text{Br}}} & | \\ {} & \text{C} & & & & & & & & & \\ {} / & & \backslash{} & & & & & & & & \end{array} \right]}_{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{l} {} \pi\text{-Komplex} \\ {} \text{p-Orbitale mit} e^- \\ {} \text{verursachen eine} \\ {} \text{Partialladung in} \\ {} \text{Br}_2 \\ {} \text{Wechselwirkung} \\ {} \text{zwischen beiden} \\ {} \text{Molekülen} \end{array} } \rightleftharpoons \underbrace{\left[ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} \backslash{} & & / & & \\ {} & \text{C} & & & \\ {} & \vert\vert{} & \backslash{} & & \backslash{} \\ {} & \vert\vert{} & & \text{Br}^\oplus & \\ {} & \vert\vert{} & / & & / \\ {} & \text{C} & & & \\ {} / & & \backslash{} & & \end{array} \right]}_{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{l} {} \sigma\text{-Komplex} \\ {} \text{"`Doppel-} \\ {} \text{bindung"'} \\ {} \text{bricht auf} \end{array} } |\underline{\overline{\text{Br}}}|^\ominus \rightleftharpoons \underbrace{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & \diagdown & & \diagup & & \\ {} & & & \text{C} & & & \\ {} & & & | & \diagdown & & \\ {} | & \underline{\overline{\text{Br}}} & - & \text{C} & & \underline{\overline{\text{Br}}} & | \\ {} & & \diagup & & \diagdown & & \end{array} }_{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{l} {} \text{Angriff} \\ {} \text{des Bromid-} \\ {} \text{ions} \\ {} \text{Auflösung des} \\ {} \sigma\text{-Komplexes} \end{array} } C C + Br2langsam C δ+ δ Br¯¯Br¯¯ C π-Komplex p-Orbitale mite verursachen eine Partialladung in Br2 Wechselwirkung zwischen beiden Moleklen C Br C σ-Komplex ”‘Doppel- bindung”’ bricht auf Br¯¯ \ / C \ Br¯¯C Br¯¯ / \ Angriff des Bromid- ions Auflsung des σ-Komplexes

[Es entsteht also immer 1,2-Dibromethan!]

[Rückseitenangriff (wegen des großen Platzbedarfs der Bromidions (hat ja vier Schalen!)]

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[Dass der \sigmaσ-Komplex leicht energetisch günstiger ist hat man gemessen (auch wenn's IMHO irgendwie komisch ist, auf den ersten Blick).]