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Alquenos
Cada uno de los enlaces carbono-hidrógeno está formado por el solapamiento de un orbital híbrido sp2 del carbono con el orbital 1s del átomo de hidrógeno. La longitud del enlace C-H en el etileno (1.08 Å) es ligeramente más corta que la del enlace C-H en el etano (1.09 Å), ya que el orbital sp2 en el etileno tiene más carácter s (1/3 de s) que un orbital sp3 (1/4 de s). El orbital s está más próximo al núcleo que el orbital p, contribuyendo a acortar los enlaces.
Los carbonos de enlace doble tienen hibridación sp2, por lo que tienen una geometría trigonal con ángulos de casi 120°. El solapamiento de los orbitales p sin hibridar acorta la distancia entre los carbonos desde 1.54A en alcanos hasta 1.33A en alcanos.
Estructuras del etileno y del etano
Usos industriales de alquenos
El etileno y el propileno son las sustancias orgánicas de mayor uso a nivel industrial.
Uso de alquenos en polimerización
Estabilidad de los alquenos
El isómero con el doble enlace más sustituido tiene mayor separación angular entre los grupos alquilo voluminosos
Cuanto mayor sea la separación entre los grupos, se producirá menos interacción estérica y mayor estabilidad.
Energía relativa de los alquenos
Métodos de obtención
1) Deshidrohalogenación (Mecanismo E2)
La eliminación de segundo orden es una buena reacción de síntesis, especialmente si el RX es un sustrato que difícilmente da reacciones SN2.
Los grupos alquilo grandes en una base voluminosa dificultan su aproximación para atacar a un átomo de carbono (sustitución), pero se puede abstraer un protón con facilidad (eliminación). A continuación algunos de estos ejemplos:
Productos de Saytzeff y de HofmannLa regla de Saytzeff afirma que los enlaces dobles más sustituidos son
más estables. Sin embargo, en una reacción de eliminación el uso de una base voluminosa dará lugar al producto menos sustituido, también conocido como producto de Hofmann. El producto de Hofmann se obtiene porque el impedimento estérico evita que la base atrape al protón que produce el enlace doble más sustituido.
Formación del producto de Hofmann: las bases voluminosas también pueden participar en deshidrohalogenaciones que no sigan la regla de Saytzeff.
El impedimento estérico a menudo evita que una base voluminosa abstraiga un protón que dé lugar al alqueno más sustituido. En estos casos, abstrae un protón menos impedido, normalmente el que da lugar a la formación del alqueno menos sustituido, llamado producto de Hofmann.
La reacción E2 es estereoespecífica, en cuanto a que un estereosiómero particular reacciona para dar un estereosiómero específico del producto.
La reacción E2 es estereoespecífica porque normalmente se produce a través de un estado de transición anti y coplanar.
Cada diastereómero de un reactivo (RX) da lugar a un determinado diastereómero del alqueno.
Si se mira esta reacción desde el extremo izquierdo de la molécula, se ve la disposición anti y coplanar del hidrógeno y del bromo
El protón que será abstraído y el grupo que se queda deberían ser anti-coplanares, de manera que se minimice cualquier impedimento estérico entre la base y el grupo que se queda.
2)Deshalogenación de dibromuros vecinales (E2)
Los dibromuros vecinales se convierten en alquenos por reducción con ión yoduro o zinc en ácido acético.
Esta reacción se discute junto con la deshidrohalogenación, ya que los mecanismos son similares.
Como ocurre con la deshidrohalogenación E2, esta reacción necesita que los bromuros sean anti-coplanares
Mecanismo E2
Mecanismo E1
La deshidrohalogenación de primer orden generalmente tiene lugar en un buen disolvente ionizante (como el alcohol o el agua), sin un nucleófilo fuerte o base que fuerce la cinética de segundo orden.
El sustrato generalmente es un RX secundario o terciario.La E1 requiere la ionización para formar un carbocatión y la pérdida de un protón por cesión a una base débil (generalmente el disolvente).
La deshidrohalogenación generalmente va acompañada de sustitución SN1, ya que el disolvente nucleofílico también puede atacar al carbocatión directamente y formar el producto de sustitución.
Mecanismo E1
La E1 requiere la ionización para formar un carbocatión, lo que significa la pérdida de un protón por cesión a una base débil (generalmente el disolvente).
La deshidrohalogenación E1 generalmente va acompañada de sustitución SN1, ya que el disolvente nucleofílico también puede atacar al carbocatión directamente y formar el producto de sustitución.
El mecanismo de deshidratación se parece al mecanismo E1 que se introdujo en el Capítulo 6. El grupo hidroxilo del alcohol es un grupo saliente pobre (OH-), pero la protonación por el catalizador ácido lo convierte en un buen grupo saliente (H2O). La ionización del alcohol protonado produce un carbocatión que pierde un protón para dar el alqueno. El carbocatión es un ácido muy fuerte; cualquier base débil como el H2O puede abstraer el protón en el paso final.El mecanismo de deshidratación implica la formación de carbocationes intermedios, de manera que los reordenamientos son frecuentes
Reacciones químicas
1) Hidrogenación de alquenos
Los enlaces dobles más sustituidos liberan menos calor cuando son hidrogenados, por lo que se considera que son más estables.
Diagrama de energía de reacción para la hidrogenación de los alquenos.
Las reacciones que sufren los alquenos pertenecen a uno de los tres tipos siguientes: adición, eliminación y sustitución.
Vista orbitálica de la adición
2) Adición de HX
Otras adiciones
Regla de Markonikov
El protón se adiciona al C menos sustituido, es decir, el carbono con más hidrógenos. Este tipo de adición creará el carbocatión más estable.
3) Adición radicalaria de HX
Los radicales alcoxi catalizan la adición anti-Markovnikov del HX.
4) Hidratación de alquenos
Mecanismo
El primer paso es la protonación de C=C para formar un carbocatión. Este paso sigue la regla de Markovnikov, por lo que se formará el carbocatión más estable.
5) Oximercuriación-desmercuriación
Convierte los alquenos en alcoholes con orientación de Markovnikov. La reacción es más moderada que las condiciones de hidratación normales y puesto que no hay carbocationes intermedios, no es posible ningún tipo de reordenamiento.
Mecanismo
Desmercuriación
6)Reacción alcoximercuriación-desmercuriación
7) Hidroboración - oxidación
Mecanismo
8) Halogenación de X2
9) Formación de halohidrinas
10) Epoxidación de alquenos
Adición syn, por lo tanto: cis -> cis trans -> trans
Apertura de epóxidos catalizada por ácidos
11) Ruptura oxidativa con KMnO4
La reacción de KMnO4 con alquenos dependerá de las condiciones:*Fría, la reacción producirá cis-glicol. *El calor o el ácido ruptura oxidativa de C=C para formar cetonas y/o aldehídos. Los aldehídos reaccionarán más adelante con KMnO4 para producir ácidos carboxílicos.
12) Ozonólisis
La ozonólisis es más suave que KMnO4 y no oxidará los aldehídos más adelante. Un segundo paso en la ozonólisis es la reducción del intermedio por Zn o (CH3)2 S.
Mecanismo
Reducción del ozónido
