تفاعلات الألكينات

ما هي تفاعلات الألكينات؟

تفاعلات الألكينات موضوعات ضخمة فالألكينات كمجموعة وظيفية هي مجموعة متنوعة للغاية حيث يمكننا تقليلها ويمكننا أكسدتها ويمكننا القيام بعدد كبير من تفاعلات الإضافة المتنوعة لتعديل ألكين إلى مجموعات وظيفية أخرى.

الألكينات هي هيدروكربونات غير مشبعة. إنّ وجود الرابطة المزدوجة بين الكربون والكربون (C = C) هو السمة البارزة لهذه المجموعة من المركبات والرابطة المزدوجة هي المسؤولة بشكل كبير عن الخصائص الفيزيائيةوالكيميائية لهذه المركبات، يتم تهجين ذرات الكربون المرتبطة ببعضها البعض بواسطة رابطة مزدوجة (sp2) مقارنة بتهجين (sp3) في الألكانات المشبعة.

الإيثين هو أبسط ألكين. في جزيء الإيثين تؤدي ثلاثة من كل أربعة مدارات (p) من كل ذرة كربون ومدارات (S) من ذرتين من الهيدروجين إلى ظهور ثلاثة مدارات هجينة (sp2), يعطي تداخلهم رابطة (C – H) واحدة ورابطة (C – C) سيجما (σ). يقع كل مدار (sp2) في مستوى نواة الكربون ويتم توجيهه نحو ثلاث زوايا مما يعطي هندسة مثلثية بينما تقع ذرة الكربون في مركز هذه الهندسة، يقع المدار الرابع المتبقي لكل ذرة كربون أعلى وأسفل مستوى رابطة سيغما ويتداخل المداران (p) لكل ذرة كربون فوق وتحت المستوى ويشكلان رابطة باي (π) هذه الرابطة بسبب التفاعلات الأضعف بين المدارات ضعيفة نسبيًا مقارنةً برابطة سيجما ويمكن الوصول إلى الإلكترونات الموجودة في رابطة باي وهي مسؤولة عن معظم التفاعلات الكيميائية للألكينات.

الرابطة المزدوجة في الألكينات (طاقة الرابطة = 146 كيلو كالوري / مول) أقوى من الرابطة المفردة للألكانات (طاقة الرابطة = 88 كيلو كالوري / مول) أيضًا يكون المضاعف أقصر حيث أنّ ذرتين من الكربون أكثر ارتباطًا ببعضهما البعض بسبب الرابطة الإضافية بينهما. يبلغ طول الرابطة المزدوجة في الإيثين (1.53Ao) مقارنةً بـ (1.34Ao) لرابطة الكربون والكربون الأحادي في نظيرتها المشبعة الإيثان، باختصار طبيعة الترابط في الألكينات وعدم تشبعها وطاقة الرابطة المزدوجة ووجود إلكترونات باي هي التي تحرك نشاطها الكيميائي.

تخضع الألكينات لتفاعلات إضافة وتعمل الرابطة المزدوجة كمصدر للإلكترونات وبالتالي تتفاعل الألكينات مع الأنواع التي تعاني من نقص الإلكترون. تُعرف هذه الأنواع باسم الإلكتروفيل وقد تؤدي إلى إضافة محبة للكهرباء ويمكن أن يخضع الألكين أيضًا لتفاعل إضافة الجذور الحرة والبلمرة.

تفاعلات الإضافة في الألكينات:

1- إضافة الهيدروجين:

الرابطة المزدوجة للألكين تخضع لإضافة الهيدروجين في وجود محفز معدني. هذه الهدرجة هي تفاعل طارد للحرارة حيث تتشكل روابط سيغما (C – H) على حساب رابطة سيجما واحدة (H – H) ورابطة بي للكربون – الكربون وكمية الحرارة المتصاعدة عندما يتم هدرجة مول واحد من مركب غير مشبع يسمى حرارة الهدرجة.

2- تفاعلات الإضافة الكهربية للألكينات:

• إضافة هاليدات الهيدروجين: رابطة (pi) ليست قوية مثل رابطة سيجما وسحابة الإلكترون فوق وتحت المستوى قابلة للاستقطاب بهذه الطريقة، يمكن أن تكون الرابطة المزدوجة بمثابة محب للنواة مثال نموذجي لهذه الآلية هو إضافة هاليدات الهيدروجين حيث قد ينتج عن البروتون من حمض قوي كربوهيدرات وفي ظل وجود محبي نوكليوفيل قوي يخضع (carbocation) إلى إضافة محبة للكهرباء إلى موقع الرابطة المزدوجة.

• إضافة الهالوجينات: يتم تحويل الألكينات بسهولة بواسطة الهالوجينات إلى هاليدات ألكيل، حيث يتم ربط ذرتين من الهالوجين بكربونين في مواقع متجاورة وهذا التفاعل سهل نسبيًا في درجة حرارة الغرفة ولا يتطلب ضوءًا ويتم خلط اثنين من المتفاعلات في مذيب إدخال مثل رابع كلوريد الكربون.

• إضافة الماء: يضيف الماء إلى الألكينات التفاعلية في وجود حمض لتشكيل الكحول، يتم إجراء هذا التفاعل في الأحماض المخففة مثل محلول (H2SO4)، تفاعل الإضافة هذا له أهمية صناعية كبيرة في تصنيع الكحوليات وبالنسبة للألكينات المتفرعة الأكبر يتبع التفاعل قاعدة ماركوفنيكوف وبالتالي يذهب أنيون الهيدروكسيل إلى مركز الكربون مع ارتباط الهيدروجين الأقل.

• إضافة حمض الكبريتيك: هذه طريقة أخرى لتحويل الألكينات إلى كحول. تتفاعل الألكينات مع حامض الكبريتيك المركز على البارد لتكوين إستر كبريتات الهيدروجين الكيل ويتكون هذا المنتج عن طريق إضافة هيدروجين الحمض إلى كربون واحد من رابطة الألكين المزدوجة وأيون ثنائي كبريتات إلى الآخر، عند تخفيف خليط التفاعل وتسخينه يتحلل إستر الكبريتات لتكوين الكحول وتستخدم هذه الطريقة لتصنيع الكحول على نطاق واسع.

3-تفاعلات الأكسدة:

• تفاعل تشكيل الهيدروكسيل: تتأكسد الألكينات بعوامل مؤكسدة معينة مثل برمنجنات البوتاسيوم لإضافة مجموعات هيدروكسيل في روابط مزدوجة من الألكينات وتسمى هذه الإضافة لمجموعات الهيدروكسيل بالهيدروكسيل ويشكل هذا التفاعل أساس اختبار تحليلي مفيد للغاية يُعرف باسم اختبار باير للكشف عن وجود رابطة مزدوجة (عدم تشبع) في الجزيء.

• تفاعل الإيبوكسيد: تسمى الحلقة الثلاثة التي تحتوي على الأكسجين بالإيبوكسيد. تكوين الايبوكسيد هو تفاعل عضوي رئيسي ويتشكل عن طريق تفاعل الألكينات مع مصدر للأكسجين الإلكتروفيلي، الإيبوكسيد الأكثر أهمية على المستوى الصناعي هو في الواقع أبسط أكسيد الإيثيلين وله العديد من التطبيقات الصناعية وتتكون من الأكسدة التحفيزية للإيثين عن طريق الهواء.

• تفاعل تحلل الأوزون: الأوزون (O3) هو جزيء ثلاثي الذرات وهو كهربي قوي ويخضع للتفاعل مع الألكينات التي تشق كل من روابط سيغما و باي كربون. يُعرف هذا التفاعل باسم تحلل الأوزون أو الأوزون وتسمى المنتجات بالأوزون، يمر الأوزون عبر محلول ألكين في مذيب خامل ويؤدي التفاعل إلى ترك أوزونيد لزج لا يمكن تنقيته لأنه غير مستقر ومتفجر بطبيعته. يعالج الأوزون على الفور بالماء وبوجود عامل اختزال لتكوين مركبات الكربونيل (كيتون أو ألدهايد).

4-تفاعلات البلمرة:

البلمرة: هي تفاعل كيميائي حيث تتحد الوحدات أو المجموعات الصغيرة معًا لتكوين مادة جزيئية أكبر وتسمى الوحدات الفرعية الصغيرة (أو الكتل الإنشائية) المونومرات بينما تسمى المادة ذات الوزن الجزيئي الأكبر الناتجة بالبوليمر وتسمى العملية البلمرة، أثناء البلمرة تتحد آلاف المونومر معًا لتكوين جزيء كبير جدًا ويعتبر الإيثين مادة وسيطة مهمة لتخليق البوليمرات المختلفة في الصناعة الكيميائية. تعد (PVC) و (PE) كلمات معروفة في حياتنا اليومية، حيث يرمز (PVC) إلى البولي فينيل كلوريد بينما (PE) هو عبارة عن بولي إيثيلين وكلاهما بلاستيك ويستخدم من حولنا. يتكون البولي إيثيلين من بلمرة العديد من وحدات الإيثيلين ويستمر التفاعل عبر آلية الجذور الحرة حيث يتم استخدام الأكسجين أو البيروكسيد لبدء التفاعل الكيميائي.

5- هالوجينات الجذور الحرة للألكينات:

عندما نحتاج إلى منتج إضافة مضاد لماركوفنيكوف إلى رابطة باي (π) فإنّ البيروكسيدات ستكون الخيار الأفضل والأمثل، تمنح آلية الجذور الحرة للإضافة منتجًا مضادًا لماركوفنيكوف وهو تفاعل تركيبي مفيد للجزيئات البسيطة.

الهلجنة المائية الجذور الحرة للألكينات والتعقيد الموجود مع هذا التفاعل هو ميل قوي لإعطاء تفاعل البلمرة الذي يقلل بشدة من العائد ومع ذلك، يمكننا أن نفترض أنّه يمكننا إيقاف المنتجات الجانبية غير المرغوب فيها لذا لا تتردد في استخدام رد الفعل هذا في الاختبار عند العمل على التوليف متعدد الخطوات والأهم من ذلك أنّ هذا التفاعل له انتقائية ضعيفة جدًا لذا سيتم الحصول على منتجات رابطة الدول المستقلة والمنتجات العابرة كمزيج.