6.6. Küllastumata ühendid: alkeenid ja alküünid
Alkeenid ja alküünid on küllastumata ühendid. Küllastumata ühendid sisaldavad kordseid sidemeid: alkeenide aineklassi korral leidub ühendis süsinikuaatomite vahel kaksikside ning alküünide aineklassi korral kolmikside.
Alkeenid ja alküünid on süsivesinikud, mis sisaldavad kordseid sidemeid.
Mõiste "küllastumata ühendid" viitab sellele, et need ühendid saavad anda liitumisreaktsioone, samas kui küllastunud süsivesinikud saavad anda ainult asendusreaktsioone. Küllastumata ühenditega saad lähemalt tutvuda järgmises videos.
Allikas: https://youtu.be/4x0B9y-Eux4
Küllastumata süsivesinike nimetamine
Küllastumata süsivesinike nimetamine on sarnane alkaanide nimetamisega. Alkaani järelliite –aan asemel tuleb alkeenide korral kasutada järelliidet –een ning alküünide korral järelliidet –üün. Lisaks tuleb numbriliselt ka ära näidata, mitmenda süsiniku aatomi juures peaahelas vastav kordne side asetseb.
Kui samasuguseid kordseid sidemeid on ühendis mitu, siis tuleb kasutada vastavat eesliidet (di-, tri-, tetra-) jne. Sama pikkade ahelate korral tuleks peaahelaks valida see, mille sisse jäävad ka kordsed sidemed. Muul juhul tuleks valida pikim süsinikahel.
Pane tähele, et kuna näiteks „heksdieeni“ oleks ebamugav välja hääldada, nimetatakse selle asemel ühendit „heksadieeniks“.
Cis-trans isomeeria
C–C üksiksidemega seotud aatomite rühmi saab hõlpsasti teineteise suhtes pöörata (selles on lihtne veenduda näiteks molekulimudelite komplekti abil). Toatemperatuuril piisab soojusenergiast, et aatomite rühmad üksiksidemete ümber pöörleksid, seetõttu kujutavad nt järgnevad butaani kirjutuskujud sama molekuli eri võimalikke “asendeid”:
Reaalses butaanis leidub molekule, mis on igasugustes võimalikes asendites. Kuna pöörlemine ümber üksiksideme toimub väga kiiresti, siis tavatingimustes neid eri asendites molekule eraldada ei saa.
Kaksiksidemega seotud aatomite rühmi pöörata ei saa.
Kaksiksidemega seotud aatomite rühmi pöörata ei saa, sest selleks oleks vaja kaksikside ära lõhkuda (ka selles saab veenduda molekulimudelite komplekti abil). Seetõttu on kaksiksideme ümber paiknevad rühmad fikseeritud ja alkeenide korral esineb isomeeria liik, mida kutsutakse cis-trans isomeeriaks. Kui süsinikku sisaldavad rühmad on samal pool kaksiksidet, siis kutsutakse isomeeri cis-vormiks, ja kui vastavad rühmad on kaksiksideme eri pooltel, siis kutsutakse isomeeri trans-vormiks. Näteks but-2-eeni cis- ja trans-isomeerid on järgmised:
Alkeenide ja alküünide keemilised omadused
Alkeenidele ja alküünidele on iseloomulikud liitumisreaktsioonid.
Alkeenid ja alküünid on reaktsioonivõimelisemad kui alkaanid. Alkeenidele ja alküünidele on iseloomulikud liitumisreaktsioonid halogeeni (Hal2), vesinikhalogeniidi (H–Hal), vee (H2O) ja vesinikuga (H2). Kõigis nendes reaktsioonides liitub vastav aine alkeeni või alküüni kordsele süsinik-süsiniksidemele ning selle tulemusel sideme kordsus väheneb (kaksiksidemest saab üksikside ja kolmiksidemest kaksikside).
Alkeeni halogeenimisel tekib ainult dihalogenoühend. Vesinikhalogeniidi ei eraldu.
Alkeeni halogeenimine toimub oluliselt kergemini kui alkaani halogeenimine (alkaani halogeenimiseks on reeglina vajalik kõrge temperatuur või UV-kiirgus). Näiteks liitub broom alkeeniga kergesti juba toatemperatuuril ja pimedas, mistõttu broomivesi kaotab alkeenile lisades oma iseloomuliku punakaspruuni värvuse. Alkaaniga broom aga toatemperatuuril ja valgustamata ei reageeri, mistõttu saab broomivee abil eristada alkaani ja alkeeni. Pane tähele, et kuna alkeeni halogeenimine on liitumisreaktsioon, siis alkeeni halogeenimisel ei eraldu vesinikhalogeniidi (erinevalt alkaani halogeenimisest, mis on asendusreaktsioon). Alkeeni halogeenimisel lisandub mõlema C=C süsiniku aatomi juurde halogeeni aatom ja C=C (kaksik)side asendub selle käigus C–C (üksik)sidemega.
CH3–CH=CH–CH3 + Cl–Cl → CH3–CHCl–CHCl–CH3
Kloori liitumine but-2-eenile
Kui viia kokku alkeen ja vesinikhalogeniidi lahus, liitub vesinikhalogeniid kergesti alkeeniga. Selle reaktsiooni käigus lisandub halogeeni aatom ühe C=C aatomi juurde, vesiniku aatom teise C=C aatomi juurde ja süsinikevaheline kaksikside asendub üksiksidemega.
CH3–CH=CH–CH3 + H–Br → CH3–CHBr–CH2–CH3
Vesinikhalogeniidi liitumine but-2-eenile
Alkeeni hüdraatimisel (vee liitumisel alkeenile) tekib alkohol.
Alkeeni hüdraatimine toimub katalüsaatori abil, milleks sobib hape (nt H2SO4). Selles reaktsioonis liitub ühe C=C aatomi juurde veest pärinev –OH, teise juurde veest pärinev –H aatom.
CH3–CH=CH–CH3 + H2O $\xrightarrow[]{hape}$ CH3–CHOH–CH2–CH3
Vee liitumine but-2-eenile
Alkeeni hüdrogeenimisel tekib alkaan.
Alkeeni hüdrogeenimine vajab samuti katalüsaatorit (teatud siirdemetallid, nt Ni, Pd või Pt). Reaktsiooni toimumiseks võib olla vajalik ka kõrgendatud rõhk või temperatuur. Hüdrogeenimisel kaovad süsinikevahelised kordsed sidemed ja moodustub vastav küllastunud süsivesinik (alkaan).
CH3–CH=CH–CH3 + H2 $\xrightarrow[]{Pt}$ CH3–CH2–CH2–CH3
Vesiniku liitumine but-2-eenile
Liitumisreaktsioon kolmiksidemele toimub mitmes etapis. Esimeses etapis tekib kaksikside. Teises etapis toimub liitumine kaksiksidemele ning tulemuseks on C–C üksiksidemega saadus.
Broomi liitumine but-2-üünile
Vee või vesinikhalogeniidi liitumisel kaksiksidemele kehtib Markovnikovi reegel, mis väidab, et vesinikuaatom liitub süsinikuaatomiga, millega on seotud rohkem vesinikuaatomeid, ja –OH või halogeeni aatom liitub süsinikuaatomiga, millega on seotud vähem vesinikuaatomeid.
Loe lisaks: Miks kehtib Markovnikovi reegel?Vee või vesinikhalogeniidi liitumine kaksiksidemele toimub mitmes etapis. Kaksikside käitub nukleofiilse tsentrina, millele liitub elektrofiil – vesinikioon. Tekkiv katioonne vaheühend (karbokatioon) käitub aga elektrofiilse tsentrina, millega reageerib nukleofiil – vastavalt vee molekul või halogeniidioon.
Vaatleme vesinikkloriidi liitumist but-1-eenile. Algselt liitub but-1-eeniga vesinikkloriidist pärinev H+-ioon, mis võib liituda kaksiksideme otsmise või keskmise süsiniku aatomi juurde. Kui H+-ioon liitub otsmise süsiniku juurde, kus on rohkem vesiniku aatomeid, jääb positiivne laeng keskmise süsiniku juurde ahelas.
Kui H+-ioon liitub keskmise süsiniku juurde, kus on vähem vesiniku aatomeid, jääb positiivne laeng otsmise süsiniku juurde. Selline vaheühend on oluliselt ebastabiilsem.
Reaktsioon toimub eelistatult stabiilsema vaheühendi kaudu, kus katioonse tsentri juures on vähem vesinikke:
Algsest vesinikkloriidist on järele jäänud kloriidioon, mis käitub nukleofiilina. Kloriidioon saab liituda ainult elektrofiilse tsentriga ehk positiivse laenguga süsinikuga. Seetõttu toimubki kloriidiooni liitumine peamiselt keskmise süsiniku juurde.
