CombustãoEditar
Como a maioria dos outros hidrocarbonetos, os hidrocarbonetos insaturados podem passar por reacções de combustão que produzem dióxido de carbono e água em combustão completa. A equação da reação é:
- CxHy + y+4x/4O2 → y/2H2O + xCO2
Na ausência de oxigênio, a combustão se transformará em combustão incompleta e produzirá monóxido de carbono e carbono.
Os hidrocarbonetos insaturados produzirão produto de combustão incompleto mais facilmente do que os saturados. Como resultado, a combustão de hidrocarbonetos insaturados geralmente tem chama amarela, diferente da chama azul dos saturados. Isto indica que a combustão de hidrocarbonetos insaturados envolverá mecanismos de múltiplas etapas, e a queima de carbono dá a cor amarela da chama.
Os hidrocarbonetos insaturados têm menos conteúdo de hidrogênio, produzirão menos água e diminuirão a umidade da chama, assim como diminuirão o uso de oxigênio. O acetileno (etino), por exemplo, pode ser usado como combustível.
Comparado com as ligações C-C individuais σ nos hidrocarbonetos saturados, os insaturados têm densidade de elétrons nas ligações π, que não têm muita densidade de elétrons sobrepostos como as σ. Como resultado, a energia química armazenada em uma ligação dupla é menor do que em duas ligações simples. Assim, a combustão de hidrocarbonetos insaturados, que quebra as ligações carbono-carbono para libertar energia, liberta menos energia do que a queima da mesma molaridade das saturadas com o mesmo número de carbonos. Esta tendência pode ser claramente observada na lista de entalpia padrão de combustão de hidrocarbonetos.
| Número de Carbono | Substância | Tipo | Fórmula | Hcø(kJ/mol) |
|---|---|---|---|---|
| 2 | etano | saturado | C2H6 | -1559.7 |
| eteno | insaturado | C2H4 | -1410.8 | |
| etano | insaturado | C2H2 | -1300.8 | |
| 3 | propano | saturado | CH3CH2CH3 | -2219.2 |
| propeno | insaturado | CH3CH=CH2 | -2058.1 | |
| propyne | insaturado | CH3C≡CH | -1938.7 | |
| 4 | butano | saturado | CH3CH2CH2CH3 | -2876.5 |
| mas-1-eno | insaturado | CH2=CH-CH2CH3 | -2716.8 | |
| mas-1-eno | insaturado | CH≡C-CH2CH3 | -25966>.6 |
Adição ElectrofílicaEditar
As ligações duplas ou triplas que devem estar presentes nos hidrocarbonetos insaturados fornecem uma alta densidade de electrões que fazem com que as moléculas se tornem pontos perfeitos para reacções de adição electrofílica. Neste tipo de reacção, uma ligação π entre os carbonos quebrar-se-á em 2 ligações σ separadas entre cada carbono e o grupo adicionado. Um intermediário de carbonização está normalmente envolvido no mecanismo.
HidrogenaçãoEditar
Hidrogenação é a adição electrofílica de hidrogénio gasoso ao hidrocarboneto insaturado. O resultado será um hidrocarboneto mais saturado, mas não necessariamente um saturado. Por exemplo, a semi-hidrogenação de um alqueno pode formar um alqueno. No entanto, o número total de ligações π deve diminuir no processo. A ligação π carbono-carbono também é necessária para este processo.
A equação de reação da hidrogenação do eteno para formar etano é:
- H2C=CH2 + H2→H3C-CH3
A reação de hidrogenação geralmente requer catalisadores para aumentar sua taxa.
O número total de hidrogênio que pode ser adicionado a um hidrocarboneto insaturado depende do seu grau de insaturação. Um hidrocarboneto insaturado com fórmula de CXHY pode ter no máximo 2X+2-Y átomos de hidrogênio adicionados a ele. Isto fará com que a molécula fique saturada.
HalogenaçãoEditar
Similar como o hidrogênio, a heterólise do halogênio(X2) produzirá um íon X+ eletrofílico, após o qual será atacado pelo elétron na ligação π. Diferente do hidrogênio, a halogenação produzirá íons halônio como intermediários em vez de carbonizações na maioria dos outros casos. O cátion de halônio deixa um espaço limitado para o íon X atacar e só se transformará em um produto trans. O resultado líquido da halogenação é uma diminuição de uma ligação π e um aumento de duas ligações de halogéneo de carbono σ sobre os 2 carbonos.
A equação de reação para adição de bromo de eteno, por exemplo, é:
- H2C=CH2 + Br2→H2CBr-CH2Br (trans)
Teste de bromo é usado para testar a saturação de hidrocarbonetos. O teste envolve a adição de água de bromo ao hidrocarboneto desconhecido; Se a água de bromo for descolorada pelo hidrocarboneto, que é devido à reação de halogenação, pode-se então concluir que o hidrocarboneto está insaturado. Se não estiver descolorido, então está saturado.
O teste do bromo também pode ser usado como uma indicação do grau de insaturação para hidrocarbonetos insaturados. O número de bromo é definido como um grama de bromo capaz de reagir com 100g de produto. Semelhante à hidrogenação, a halogenação do bromo também depende do número de ligações π. Um número maior de bromo indica maior grau de insaturação.
HidrataçãoEditar
A π ligação de hidrocarbonetos insaturados também está pronta para aceitar H+ e OH- a partir da água. A reação geralmente envolve ácido forte como catalisador. Isto porque o primeiro passo do mecanismo de hidratação envolve a ligação π desprotonar um H+ do ácido forte para formar uma carbocalização. O resultado líquido da reação será um álcool.
A equação de reação para hidratação do eteno é:
- H2C=CH2 + H2O→H3C-CH2OH
As ligações π em tripla ligação também são capazes de ir sob hidratação em condição ácida e formar ensóis. Contudo, o enol não será um produto, mas um intermediário, e o produto final será uma cetona. O intermediário do enol fica sob tautomerização e forma a cetona mais estável.
A equação de reacção de hidratação do etino para formar acetaldeído é:
- HC≡CH + H2O → H2C=CH-OH
- H2C=CH-OH ⇌ H3C-CHO
HydrohalogenationEdit
A hidrohalogenação envolve a adição de H-X a hidrocarbonetos insaturados. Isto irá diminuir uma ligação π C=C e resultar em 2 ligações C-H e C-X σ com 2 carbonos separados. A formação do carboneto intermediário é seletiva e segue a regra de Markovnikov. A hidrohalogenação do alquileno resultará em haloalcano, e a hidrohalogenação do alquileno resultará em halogeneto de vinilo. A hidrohalogenação do alqueno é muito mais lenta do que o alqueno.
A equação de reacção da adição do HBr ao eteno é:
- H2C=CH2 + HBr→H3C-CH2Br
OxidationEdit
Oxidação dos hidrocarbonetos insaturados depende da resistência do agente oxidante. Um agente oxidante fraco levará à diidroxilação, remoção de uma π ligação para formar duas ligações σ com oxigênio. A diidroxilação do alqueno produz diol, e a diidroxilação do alquino produz dicarbonilo vicinal.
Um agente oxidante mais forte, por exemplo KMnO4 ou ozônio, levará à clivagem oxidativa. Neste caso, a ligação π quebra com a ligação σ, dividindo a molécula de hidrocarboneto em duas. As ligações de oxigénio com as duas ligações π restantes, separadamente. A clivagem oxidativa do alceno produz cetonas ou aldeídos, dependendo do local da dupla ligação, e a clivagem dos alcinos produz ácido carboxílico.
Substituição alélicaEditar
A ligação π em hidrocarbonetos insaturados irá diminuir a energia de dissociação das ligações alélicas C-H, que são ligações C-H do carbono que está adjacente aos carbonos sp2. Como resultado, a reação de substituição radical livre será favorecida sobre as reações de adição.
Um exemplo disso é a reação de brominação NBS com alqueno. A ligação N-Br em NBS é fraca de modo que muito Br radical livre irá se formar. O radical livre irá atacar os hidrogênios alélicos enfraquecidos e substituí-los por átomos de bromo. A equação da reacção é:
- RCH2CH=CH2 + (CH2CO)2NBr → RCHBrCH=CH2 + RCH=CH2Br + (CH2CO)2N
A reacção irá produzir dois isómeros com bromo ligado a diferentes carbonos. A reação requer alta quantidade de Br radicais livres ao invés de íons Br+ eletrofílicos, que irão sob reação de adição. NBS é essencial para fazer tal condição.
Se os grupos de hidrocarbonetos estão ligados ao carbono alélico, ele fará com que este carbono seja mais saturado. De acordo com a Regra de Zaitsev, este carbono irá formar um intermediário de carbonização mais estável. Como resultado, ocorrerá um rearranjo alélico, e a ligação π se moverá para este carbono. Isto produzirá um produto importante de bromo substituído pelas ligações de carbono quatro, longe do grupo dos hidrocarbonetos.
CycloadditionEdit
Para hidrocarbonetos insaturados, a estrutura do anel e as ligações π podem ambos aumentar o grau de insaturação, o intercâmbio entre a estrutura do anel e as ligações π podem ocorrer sob condições especiais. Por exemplo, para um dieno conjugado e um alceno substituído, ocorrerá uma reação Diels-Alder que forma um ciclohexeno. Tal reação é altamente seletiva em estereoquímica.
Alkynes, sob catalisadores metálicos, por exemplo o cobalto, também pode passar por uma reação de ciclo-hexeno chamada trimerização alquídica. Três alcinos vão sob uma reação de ciclização “2+2+2” e rapidamente se juntam para formar um benzeno. A triagem de diferentes alcenos não é geralmente seletiva, mas catalisadores especialmente projetados podem aumentar a seletividade.
Reage como ligandEdit
A ligação delocalizada π em hidrocarbonetos insaturados fornece alta densidade de elétrons, tornando possível que a molécula se torne um ligante metálico. No ligante alqueno, a estrutura de ligação pode ser descrita pelo modelo Dewar-Chatt-Duncanson. Neste caso, a densidade de elétrons π são doados aos orbitais d metálicos. Quanto mais forte for a doação, mais forte será a ligação traseira do orbital metálico d ao orbital anti-ligação do alqueno π*. Este efeito reduz a ordem de ligação do alqueno e aumenta o comprimento da ligação C-C. Como resultado, o metal forma uma pequena estrutura anular com os dois carbonos.
O modelo DCD também pode descrever a estrutura ligante alquídica. O complexo metálico também pode ser intermediário da trimerização dos alcinos, assim os metais podem ser catalisadores da reação.
A síntese dos complexos alcenos-ligand pode ser descrita como uma reação de adição eletrofílica.
Similar como hidrocarbonetos não saturados lineares, o areno também tem ligações delocalizadas π capazes de doar aos metais para formar complexos. Em casos como o benzeno, os carbonos doam igualmente densidade de elétrons ao metal, enquanto em alguns outros casos, os carbonos doam de forma diferente ao metal, fazendo com que o areno se dobre ou desaromatize.