Alchene la BAC: adiții și regula lui Markovnikov

Alchenele aciclice cu o singură legătură dublă au formula generală CₙH₂ₙ. Reacția caracteristică studiată la BAC este adiția: legătura dublă se transformă în legătură simplă, iar atomii sau grupele reactantului se leagă de cei doi atomi de carbon implicați. Pentru alchene nesimetrice, orientarea adiției trebuie justificată.

Lecția se aplică variantei chimie organică. Folosim exemple cu etenă și propenă și precizăm modelul ionic obișnuit atunci când aplicăm regula lui Markovnikov. Nu confundăm regula de orientare cu egalarea ecuației și nu o extindem la orice reactiv sau orice condiții.

Ce informație conține dubla legătură?

În CH₂=CH–CH₃, primii doi atomi de carbon formează dubla legătură. Fiecare trebuie să respecte suma ordinelor legăturilor egală cu patru. Carbonul terminal are doi hidrogeni, cel interior unul, iar grupa metil trei. Formula moleculară rezultată este C₃H₆.

Formula C₃H₆ nu dovedește singură existența unei alchene, deoarece poate corespunde și unui cicloalcan. Încadrarea în clasa alchenelor cere structură sau informații despre reacții. În problemele acestei lecții, caracterul aciclic și prezența unei singure duble sunt declarate.

Schema adițiilor uzuale

Reactant adăugat	Produs pentru propenă	Observație
H₂	Propan	Hidrogenare în condiții catalitice
Br₂	1,2-dibromopropan	Câte un brom pe fiecare carbon al dublei
HBr	Predominant 2-bromopropan	Model ionic, orientare Markovnikov
H₂O	Propan-2-ol	Hidratare în condiții acide

La fiecare adiție simplă asupra unei duble legături, raportul molar alchenă–reactant este unu la unu în ecuația idealizată. Tipul produsului diferă, însă numărul atomilor de carbon ai scheletului se păstrează în aceste exemple.

Hidrogenarea: verificare prin formula moleculară

Ecuația CH₂=CH–CH₃ + H₂ → CH₃–CH₂–CH₃ transformă propena în propan. Cei doi hidrogeni se adaugă câte unul la atomii fostei duble legături. Produsul este saturat, iar numărul hidrogenilor crește de la șase la opt.

Pentru 0,30 mol de propenă care se hidrogenează complet pe această cale sunt necesari 0,30 mol de hidrogen. Se formează 0,30 mol de propan. Dacă gazele sunt comparate la aceeași temperatură și presiune, volumele reacționate sunt egale. Nu înseamnă că masa hidrogenului este egală cu masa propenei.

Adiția bromului: două legături noi

Propena reacționează formal cu Br₂ pentru a forma CH₂Br–CHBr–CH₃. Fiecare carbon al dublei primește un atom de brom. Nu se formează HBr în ecuația acestei adiții, deoarece nu este înlocuit un hidrogen. Aceasta deosebește transformarea de substituția unui alcan.

În modelul unui test de nesaturare, consumarea bromului poate explica decolorarea unei soluții. Totuși, o observație de decolorare nu identifică singură o alchenă anume și nu dovedește exclusiv această clasă în orice amestec. În exercițiile cantitative trebuie să fie cunoscute speciile reactive și absența reacțiilor concurente relevante.

Cum aplici regula lui Markovnikov?

Pentru adiția ionică a unui hidracid HX la o alchenă nesimetrică, regula școlară spune că hidrogenul se leagă preferențial de carbonul dublei care are deja mai mulți hidrogeni. Halogenul ajunge la celălalt carbon. În cazul propenei, H se adaugă carbonului terminal CH₂, iar Br carbonului central CH.

Produsul major este CH₃–CHBr–CH₃, 2-bromopropan. Nu aplici regula carbonului din grupa CH₃, deoarece acesta nu face parte din dubla legătură. Mai întâi marchezi cei doi atomi reactivi, apoi compari hidrogenii lor.

Explicația simplificată a orientării ionice se leagă de stabilitatea intermediarului carbocationic. Protonarea care conduce la un carbocation secundar este favorizată față de cea care ar conduce la unul primar. La nivelul acestei lecții, folosim această justificare fără a transforma regula într-o predicție universală a tuturor mecanismelor.

Limitele regulii și formularea răspunsului

Condițiile contează. Adiția radicalică a HBr în prezența peroxizilor poate avea altă orientare; ea nu este modelul implicit al exemplelor ionice de aici. Prin urmare, un răspuns riguros spune „produs major în condițiile date”, nu „singurul produs posibil în orice situație”.

Regula lui Markovnikov nu este necesară pentru adiția Br₂, deoarece cei doi atomi adăugați sunt identici. Nici la etenă cu HBr nu apar două orientări constituționale diferite: cei doi atomi ai dublei sunt echivalenți. Produsul este bromoetan în ambele descrieri.

Hidratarea propenei

În condiții acide, adiția apei la propenă conduce predominant la propan-2-ol. În bilanțul structural, H se leagă la carbonul terminal, iar OH la cel central. Formula produsului este CH₃–CH(OH)–CH₃. Acidul este implicat catalitic în model și nu se adaugă ca un atom nou în produsul alcoolic.

Nu confunda hidratarea cu dizolvarea. Hidratarea discutată aici este o transformare chimică ce modifică legăturile moleculei. Simplul contact al unei substanțe cu apa nu garantează această reacție și nici conversie completă. Pentru calcule, randamentul sau conversia trebuie citite din enunț.

Problemă rezolvată cu randament

Se consideră 8,4 g de propenă și formarea propan-2-olului cu randament de 80% față de cantitatea teoretică, pe reacția declarată. Masa molară a propenei este 42 g/mol, deci avem 0,20 mol. Raportul molar propenă–alcool este unu la unu.

Teoretic s-ar forma 0,20 mol de alcool, iar efectiv 0,16 mol. Cu masa molară de 60 g/mol, masa obținută este 9,6 g. Produsul poate avea masă mai mare decât propena inițială deoarece include și atomii aduși de apă. Conservarea masei se aplică tuturor reactanților, nu numai hidrocarburii.

Exerciții cu soluții

1. Ce produs rezultă din etenă și HBr? CH₃–CH₂Br, bromoetan. Nu sunt două orientări distincte deoarece dubla legătură a etenei este simetrică.

2. Câți moli de brom consumă 0,12 mol de propenă? În modelul adiției complete și exclusive, 0,12 mol. Se formează aceeași cantitate de 1,2-dibromopropan, fără HBr ca produs secundar al ecuației.

3. Este CH₃–CH₂–CH₂Br produsul major Markovnikov al propenei cu HBr? Nu în condițiile ionice obișnuite. Acela este 1-bromopropan; produsul major cerut de model este 2-bromopropan.

4. De ce propanul nu urmează aceeași adiție? Nu are dubla legătură care se transformă în simplă în schema alchenelor. Reacțiile lui trebuie tratate în clasa alcanilor și în condițiile corespunzătoare.

Pentru consolidare, reconstruiește produșii înainte să consulți subiectele și baremele de BAC. Metoda urmărește înțelegerea transformării, nu memorarea izolată a denumirilor. Un profesor de chimie poate verifica dacă ai identificat corect atomii dublei legături.

Întrebări frecvente

Se aplică Markovnikov la orice adiție?

Nu. Precizează reactantul, nesimetria alchenei și condițiile mecanistice. Pentru Br₂ sau o alchenă simetrică, problema orientării discutate aici nu apare în aceeași formă.

Coeficientul unu la unu înseamnă mase egale?

Nu. Înseamnă cantități de substanță egale. Masele se calculează cu masele molare respective.

Formula CₙH₂ₙ identifică sigur o alchenă?

Nu fără alte informații. Ea este compatibilă și cu cicloalcani monociclici saturați. Structura sau datele reacționale stabilesc clasa.

Reper curricular

Adițiile alchenelor și regula de orientare sunt prevăzute în programa oficială istorică de chimie organică. Aplicarea pentru o sesiune concretă se verifică în documentele oficiale anuale.