17.2 Alkene
17.2.1 Alkene: Additionsreaktionen
A Additionen: Doppelbindungen werden gelöst
Versuch 17.2: Bromierung von Ethen in der Gasphase siehe Seite 231

Aufgabe 17.15
Deuten Sie die Beobachtungen. 
(a) Das Reaktionsgemisch entfärbt sich.





(b) Die Reaktion findet ohne Licht statt.




(c) Mit Ammoniak bildet sich kein Rauch und angefeuchtetes Lackmuspapier färbt sich nicht rot.





(d) Die Trennung der Glaszylinder erfordert Kraft und es ist ein Zischen zu vernehmen.





(e) Die Beilsteinprobe mit den farblosen Flüssigkeitstropfen ergibt eine grüne Bunsenbrennerflamme.





Brom und Ethen reagieren zu 1,2-Dibromethan.
CH2=CH2(g) + Br2(g) → CH2Br−CH2Br(l)
Ethen reagiert nicht durch Substitution sondern durch Addition an der Doppelbindung. Bei dieser Reaktion werden eine Bindung in der C=C-Doppelbindung und die Br−Br-Bindung gelöst und zwei C−Br-Bindungen gebildet.

B Das Valenzbindungsmodell der C=C-Bindung Seite 232 lesen
C Elektrophile reagieren mit Nukleophilen
Beispiel Reaktion von Chlorwasserstoff mit Ammoniak
Die Reaktion findet zwischen dem elektronenarmem H-Atom des HCl-Moleküls und dem elektronenreichen N-Atoms des Ammoniaks statt. Das Stickstoff-Atom teilt das freie Elektronenpaar mit dem H-Atom, wobei dieses sich vom Chlor-Atom löst.

Elektrophile sind Teilchen, die in Reaktionen ein Elektronenpaar unter Bildung einer kovalenten Bindung aufnehmen. Sie haben elektronenarme Atome mit einer positiven Ladung oder Teilladung und/oder einem unvollständigen Oktett.
Nukleophile sind Teilchen, die in Reaktionen ein Elektronenpaar unter Bildung einer kovalenten Bindung teilen. Sie haben elektronenreiche Atome mit meist negativer Ladung oder Teilladung und verfügbarem Elektronenpaar.
Nukleophile reagieren mit Elektrophilen. Nukleophile teilen ein Elektronenpaar mit Elektrophilen.

Aufgabe 17.15
Zeigen und begründen Sie für die Reaktion von HF(g) mit H2O(l), welches Teilchen das Nukleophil und welches das Elektrophil ist. 










Aufgabe 17.16
Bestimmen Sie für Säure-Base-Reaktionen im allgemeinen welches der Teilchen das Nukleophil und welches das Elektrophil stellt. Begründen Sie Ihre Antwort anhand einer Protolysegleichung mit H−A als Säure und |B als Base. 










Aufgabe 17.17
Zeigen Sie welche der folgenden Teilchen als Nukleophil oder Elektrophil reagieren. Zeichnen Sie die Konstituionsformeln der Teilchen mit ihren Ladungen, gegebenenfalls Teilladungen und freien Elektronenpaaren und begründen Sie Ihre Antwort.
OH−, Cl−, H3O+, PH3, BCl3, HI CO, CN−. 
D Die elektrophile Addition an der C=C-Bindung Seite 234 lesen
17.2.2 Addition von Halogenen
A Reaktion und Reaktionsgleichung
I. Addition von Brom

Die Halogenierung von Alkenen mit Brom oder Chlor ist eine exotherme Additionsreaktion, die ohne Lichteinfluss stattfindet. Gebildet wird ein vicinales Dihalogenalkan.



Versuch 17.3: Bromierung von Hex-3-en
Versuch 17.4: Reaktion von Cyclohexen oder Ethen mit Bromlösung siehe Seite 235

Aufgabe 17.19
Erklären Sie, weshalb sich das Reaktionsgemisch bei der direkten Reaktion von Brom mit Hex-3-en viel stärker erwärmt, als bei der Reaktion mit Bromlösung. 







Aufgabe 17.20
Brom wird tropfenweise zu 2,3-Dimethylbut-2-en gegeben. Erstellen Sie die Reaktionsgleichungen mit Summenformeln und mir Konstitutionsformeln und benennen Sie das Produkt. 







Aufgabe 17.16
"Isobutylen" hat einen Siedepunkt von −7 °C. 
(a) Beschreiben Sie einen möglichen Versuchsaufbau zur Bromierung dieser Verbindung.






(b) Erstellen Sie den systematischen Namen dieser Verbindung.



(c) Erstellen Sie die Reaktionsgleichungen der Bromierung mit Summenformeln und mit Konstitutionsformeln und geben Sie den Namen des Reaktionsproduktes an.
Aufgabe 17.17
Chlorethen (Vinylchlorid) wird durch thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan gewonnen. Dieses wird großtechnisch durch die Direktchlorierung von Ethen (Ethylen) hergestellt. Erstellen Sie die Reaktionsgleichung der Chlorierung des Ethens mit Summenformeln und mit Konstitutionsformeln. 







B Elektrophile Addition von Brom: Mechanismus siehe Seite 236

Der allgemein für die elektrophile Addition von Brom an Alkene vorgeschlagene Mechanismus erfolgt über ein cyclisches Zwischenprodukt das Bromonium-Ion.
Mechanismus
(1) Elektrophiler Angriff des polarisierten Brom-Moleküls auf die π-Bindung mit Bildung eines cyclischen Bromonium-Ions als Zwischenprodukt.







(2) Nukleophiler Angriff des Bromid-Ions auf eines der beiden C-Atome des Bromonium-Ions.







Reaktionsgleichung
(Summe der elementaren Schritte)

Aufgabe 17.18
Erstellen Sie den Mechanismus der Additionsreaktion von Brom mit 2,3-Dimethylbut-2-en mit Konstitutionsformeln. Zeigen Sie, dass die Summe der elementaren Schritte die Reaktionsgleichung ergibt. 
Aufgabe 17.19
Erstellen Sie den Mechanismus der Additionsreaktion von Brom mit Methylpropen mit Konstitutionsformeln. Zeigen Sie, dass die Summe der elementaren Schritte die Reaktionsgleichung ergibt. 















17.2.3 Reaktion mit Bromwasser
Versuch 17.5 Einleiten von Ethen in Bromwasser.
Versuch 17.6: Schütteln von Hex-3-en mit Bromwasser. siehe auch Seite 238
Die Reaktion erfolgt in einem erstem Schritt durch den elektrophilen Angriff von Brom auf das Ethen-Molekül.







Das instabile Bromonium-Ion reagiert anschließend mit Wasser, ein Nukleophil welches vorwiegend vohanden ist.







Das geladenes Zwischenprodukt, gibt ein Proton an das Lösungsmittel Wasser als Base ab (Säure-Base Reaktionsschritt).







Die Summe der vorgestellten elementaren Schritte ergibt die Reaktionsgleichung.
Br2(aq) + 2 H2O(l) + CH2=CH2(g) → Br−(aq) + H3O+(aq) + CH2OH−CH2Br(aq)

Die Reaktion mit Bromwasser wird als Nachweisreaktion für Alkene verwendet. Sie ist einfach durchzuführen und die Entfärbung ist leicht zu beobachten. Es entsteht ein vicinales Bromalkanol oder Bromhydrin.







Die Reaktion ist eine Antiaddition und führt über ein cyclisches Bromonium-Ion als Zwischenprodukt.


Aufgabe 17.20
Beim Einleiten von 2-Methylpropen in Bromwasser entsteht 1-Brom-2-methylpropan-2-ol. Erstellen Sie die Reaktionsgleichung und anschließend den Mechanismus der Reaktion für dieses Produkt. 















Aufgabe 17.21
Schlagen Sie ein Produkt vor, welches bei gleichem Mechanismus für diese Reaktion denkbar wäre. 





Aufgabe 17.22
Beim Einleiten von Ethen in eine wässrige Br2-KCl-Lösung entsteht neben 2-Bromethanol und sehr wenig 1,2-Dibromethan noch ein drittes Produkt. Erklären Sie anhand eines Mechanismus und der daraus abgeleiteten Reaktionsgleichung um welches Produkt es sich handeln könnte und benennen Sie das Produkt. 















17.2.4 Addition von Halogenwasserstoffen
A Reaktion und Reaktionsbedingungen

Alkene gehen Additionsreaktionen mit Halogenwasserstoffen, HX, ein. Es entstehen Halogenalkane.

Aufgabe 17.23
Erstellen Sie die Reaktionsgleichung der Reaktion von Ethen mit Bromwasserstoff in der Gasphase. Benennen Sie das Produkt. 








Aufgabe 17.24
Erstellen Sie die Reaktionsgleichung der Reaktion von Iodwasserstoff mit Cyclopenten. 








B Elektrophile Addition von Halogenwasserstoffen: Mechanismus
Beispiel Addition von Bromwasserstoff an 2,3-Dimethylbut-2-en

(1) Elektrophiler Angriff des Halogenwasserstoffs (langsam)







(2) Nukleophiler Angriff des Halogenids (schnell)








Die elektrophile Addition von Halogenwasserstoffen an Alkene erfolgt in zwei Schritten über ein unstabiles Carbokation als Zwischenstufe. Der erste langsame Schritt, die Bildung des Carbokations, ist geschwindigkeitsbestimmend.
(1) Elektrophiler Angriff (langsam)







(2) Nukleophiler Angriff (schnell)

Aufgabe 17.25
Erstellen Sie die Reaktionsgleichung und den entsprechenden Mechanismus für die Reaktion von Ethen mit Iodwasserstoff in Hexan gelöst. Benennen Sie das Produkt. 












Aufgabe 17.26
Erstellen Sie die Reaktionsgleichung und den entsprechenden Mechanismus für die Reaktion von Cyclohexen mit Bromwasserstoff in Hexan gelöst. Benennen Sie das Produkt. 














C Regioselektivität: Orientierung der Reaktion

Markownikow-Orientierung
Bei der Addition von Halogenwasserstoffen an Alkene, wird das Halogenatom an das Kohlenstoffatom, das die größte Anzahl an Alkylgruppen trägt, übertragen.

Aufgabe 17.27
Erstellen Sie die Reaktionsgleichungen der von Markownikow angeführten Reaktionen in moderner Schreibweise, unter Beachtung der von Ihm aufgestellten Regel für die Addition von Iodwasserstoff an Propen (Propylen), 2-Methylpropen (Butylen, links) und But-1-en (Butylen, rechts) und benennen Sie jeweils das Produkt. 












D Kinetische Kontrolle der Orientierung

Die elektrophile Addition der Halogenwasserstoffe an unsymmetrische Alkene ist regioselektiv. Die Reaktion ist kinetisch kontrolliert und in Richtung der Bildung des stabileren Carbokations orientiert.


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