Alkene und Alkine, reaktionen an Alkenen, Konjugation, Mesomerie (VL 4) - in Bearbeitung

Question 1

Wie entsteht eine sp²-Hybridisierung?

Answer 1

analog zur sp³-Hybridisierung: nach Promotion eines Elektrons werden nur 2 p-Orbitale mit dem s-Orbital hybridisiert

• 3 äquivalente sp²-Hybridorbitale und ein dazu senkrecht stehendes p-Orbital p-p-π Bindung, s-sp²-σ-Bindung am Beispiel Ethen :

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Question 2

Wie entsteht eine sp-Hybridisierung ?

Answer 2

• nach der Promotion eines Elektrons wird nur ein p-Orbital mit dem s-Orbital hybridisiert : 2 äquivalente sp-Hybridorbitale und 2 dazu senkrecht stehende p-Orbitale
• 180° Winkel zwischen den beiden C-Atomen, sowie den ersten Substituenten

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Question 3

Wie verhält sich die Konfigurationsisomerie bei Alkenen?

Answer 3

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Question 4

Nennen sie die Regeln zur Nomenklatur von Alkenen und Alkine

Answer 4

1. Es wird die längste Kette gewählt, die beide Atome der Doppel- oder Dreifachbindungen und den meisten Mehrfachbindungen enthält
2. C-C Doppelbindungen sind durch Endungen-en gekennzeichnet, mit 2 DB - dien und mit 3 DB -trien, etc. C-C Dreifachbindungen bekommen die Endung -in und Stoffe mit Doppel- & Dreifach bindungen -enin (alphabetisch)
3. Kohlenstoffatome der Doppelbindungen erhalten eine möglichst kleine Nummer
4. Bei mittiger Lage der Doppelbindung wird so gezählt, dass die Numern der Verzweigung am geringsten ist
5. Die Doppelbindung wird durch die jeweils niedrigere Nummer des C-Atoms derselben charakterisiert
6. Ist mehr als eine Doppelbindung vorhanden wird ab dem Ende gezählt, das der ersten Doppelbindung am nächsten ist
7. Wenn eine Doppelbindung und eine Dreifachbindung gleich weit vom Ende der Kette sind, erhält die Doppelbindung die niedrigere Nummer

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Question 5

Nennen sie die Energetischen , Geometrischen und Bindungswinkel - Unterschiede zwischen Ethan, Ethen und Ethin

Answer 5

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Question 6

Erklären sie die Elektrophile Addition an Alkene (AE)

Answer 6

Elektrophile Addition an Alkene (A_E)

• Alkene reagieren aufgrund des elektronreichen “pi”-systems mit elektrophilen Partner
• Nukleophilie ist die Neigung eines elektronenreichen Teilchens (“sigma”- ) oder Anions mit einem Elektronenarmen Teilchen (“sigma”+) oder Kation zu reagieren
• Elektrophilie ist die Neigung eines elektronenarmen Teilchens oder Kations mit einem elektronenreichen Teilchen oder Anion zu reagieren

nur wenn R1 = R2

Substituenten im Alken vor Reaktion cis -> nach der Reaktion durch Drehung ineinander überführbar: eine Seite ist das Spiegelbild der anderen: achiral (vgl. meso-Weinsäure)

vorher trans: nicht ineinander überführbar: 2 chirale ,in die gleiche Richtung drehende Zentren

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Question 7

Was ist das Markownikow Produkt ?

Answer 7

• Bei der elektrophilen Addition von Protonensäuren an unsymmetrisch substituierte Alkene tritt das H-Atom stets an das H-reichste Kohlenstoffatom der C- C-Doppelbindung.
• Durch den +I-Effekt des Restes R und durch dessen sterische (Ausdehnung des Restes) Abschirmung wird die positive Ladung im intermediär auftretenden Kation A besonders gut stabilisiert.
• Die Reaktion verläuft also ^ regioselektiv.

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Question 8

Nennen sie wichitge Alkene und deren Aufbau

Answer 8

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Question 9

Nennen sie weitere wichitge Alkene und deren Aufbau

Answer 9

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Question 10

Erklären sie Polymeration am Beispiel von Polystyrol und dessen Eigenschaften

Answer 10

Polymerisation am Beispiel Polystyrol (PS)

• Herstelung: radikalische, kationisch, anionisch oder mittels Ziegler-Natta-Katalysatoren
• bis zu 70°C gut einsetzbar
• Anwendung: Isolator in der Elektrotechnik, Verpackungen, Schäume, Schwimmwesten
• keine Außenanwendung: PS wir spröde, stumpf und vergilbt
• recyclebar
• Zuschlagsstoff (Hilfsstoff): Wachstumsverbesserer im Boden, Kompostiermittel
• Energiegewinnung: Müllheizkraftwerke ca. 1000°C (hoher Energiegehalt des PS)

Question 11

Erklären sie die Radikalische Polymerisation

Answer 11

• Zum Kettenstart bricht Benzoylperoxid (Radikalstarter) auf und erzeugt ein wachstumsfähiges Primärradikal, das Benzoylradikal:
• Das Primärradikal bricht die Doppelbindung des Ethenylrestes des Styrols auf und bindet daran. An dieses neue, größere Radikal lagern sich nun in einer Wachstumsreaktion mit geringer Aktivierungsenergie ständig Monomere (Styrol) an.
• Durch das Zusammentreffen zweier Radikale, also durch Kombination, wird ein Kettenabbruch hervorgerufen

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Question 12

Erklären sie die Anionische Polymeration

Answer 12

Anionische Polymerisation

• Die anionische Polymerisation wird meistens durch Butyllithium eingeleitet, von dem ein Teil zu Butyl-Carbanionen und Lithiumkationen zerfällt (Carbanionen sind Ionen, bei denen die negative Ladung an einem Kohlenstoffatom sitzt).
• Initiation: Das entstandene Carbanion kann nun mit einem Alken-Monomer reagieren, indem es sich mithilfe seines freien Elektronenpaars an ein Kohlenstoffatom des Monomeren bindet.
• Dabei verschieben sich die Elektronenpaare, dass ein längeres Carbanion mit einem freien Elektronenpaar und negativer Ladung am Ende entsteht, das wiederum mit einem weiterenMonomeren reagieren kann.
• Propagation: Mithilfe des freien Elektronenpaars, das bei der Addition eines Monomeren erhaltenbleibt, werden nacheinander weitere Monomere gebunden, die Kette wird länger.
• Termination: Der Kettenabbruch funktioniert praktisch nur, wenn man zu dem Reaktionsgemisch

Stoffe wie z.B. Wasser hinzugibt, die mit den Anionen reagieren, sodass die Reaktion beendet wird. Ansonsten sind die Anionen so stabil, dass sie jahrelang erhalten bleiben können und immer wieder mit neuen Monomeren reagieren können

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Question 13

Erklären sie die kationische Polymeration

Answer 13

• Als Starter fungiert hier eine Säure, welche in der Startreaktion eine Monomereinheit an der Doppelbindung protoniert.
• Dadurch entsteht ein positiv geladenes Carbokation.
• Bei der Wachstumsreaktion bindes das Carbokation an die Doppelbindung eines Monomers und

bricht diese auf, wobei wiederum ein Kation entsteht.

• Eine Abbruchreaktion findet statt, wenn ein Anion an das wachsende Kation bindet.

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Question 14

Nennen sie die wichtigsten Polymere und deren Eigenschaften

Answer 14

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Question 15

Was ist Vinylierung ?

Answer 15

Umsetzung von Alkinen zu Alkenderivaten (A_E)  Monomere für die Kunststoffherstellung

Question 16

Nennen Sie 5 Vinylierungsreaktionen mit Ethen

Answer 16

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Question 17

Was sind die 3 verschiedenen Arten von Doppelbindungen und wie sind diese definiert?

Answer 17

• isolierte Doppelbindung: zwischen Doppelbindungen befindet sich mindestens ein sp3- hybridisiertes C-Atom
• konjugierte Doppelbindung: zwischen den Doppelbindungen befindet sich je genau eine C-C- Einfachbindung
• kumulierte Doppelbindung: ein Kohlenstoffatom ist an zwei Doppelbindungen beteiligt, z.B. Propadien

Question 18

Was sind die Besonderheiten von Verbindungen mit mehreren Doppelbindungen ?

Answer 18

• die freie Enthalpie beim Aufbruch einer Doppelbindung beträgt ΔG = - 127 kJ/mol
• je größer das Molekül mit endständigen Doppelbindungen, desto weniger Energie wird (+I-Effekt) frei bei der Auftrennung der beiden Doppelbindungen (je eine an einem ‘Alkadien’-Ende) ≙ Hydrierwärme
• Ausnahme: 1,3-Butadien: Hier ist die sp2-sp2-Einfachbindung kürzer als eine typische C-C-Einfachbindung (1,47 statt 1,54Å)
• auch zwischen den Atomen ist eine p-p-π-Überlappung möglich ≙ schwacher Doppelbindungscharakter
• die Elektronen der π-Orbitale sind delokalisiert

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Question 19

Definieren Sie Mesomerie und geben Sie Beispiele

Answer 19

• Mesomere Grenzstrukturen = Resonanzstrukturen: Zwei oder mehr Strukturen einer Verbindung mit gleiher Atom- aber unterschiedlicher Elektronenanordnung
• eigentliche Bindungsverhältnisse durch die normalen Strichformel unzureichend dargestellt
• wahre Bindungsverhältnisse liegen zwischen ≙ meso den gezeigten Grenzstrukturen
• einzelnen Grenzstrukturen kann unterschiedliches Gewicht zukommen

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Question 20

Wie bestimmt man die Resonanzenergie ?

Answer 20

Definition: Exergone Reaktionen laufen unter den gegebenen Bedingungen freiwillig ab, d.h. die freie Enthalpie der Reaktionspartner nimmt ab. Die Änderung ist also negativ ΔG > 0. Endergone Reaktionen erfordern Energiezufuhr, d.h. die freie Enthalpie der Reaktionspartner nimmt zu. Die Änderung ist also positiv ΔG < 0.

• Die Delokalisierung der -Elektronen in konjugierten Doppelbindungen ist mit einer Absenkung der freien Enthalpie verbunden, d.h. die Moleküle sind stabiler als bei isolierten Doppelbindungen.
• Addition von H2 an 1-Buten ist ein exergoner Vorgang, bei dem die Änderung der freien Enthalpie ΔG = -127 kJ/mol beträgt
• Wären im Butadien beide Doppelbindungen isoliert, so müsste die Addition von 4 H-Atomen ca. ΔG = 2 * (-127) kJ/mol = -254 kJ/mol liefern.
• praktisch gemessen wird aber ΔG = -239 kJ/mol
• Die Differenz von 15 kJ/mol nennt man Resonanzenergie. Je stärker die Elektronen delokalisiert sind, desto größer ist die Resonanzenergie.

Question 21

Erläutern Sie die Elektrophile Addition an konjugierten Doppelbindungen

Answer 21

Durch die mesomeren Grenzformeln ist ersichtlich, dass es bei der elektrophilen Addition von konjugierten Doppelbindungen mehrere mögliche Endprodukte gibt.

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Question 22

Erläutern sie die Polymerisation von Dienen

Answer 22

Durch die zwei vorhandenen Doppelbindungen können dementsprechend auch verschiedene Polymere entstehen.

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Question 23

aromat

Answer 23

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