Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Hydrocarbons · ⁨الهيدروكربونات⁩

A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩ · Topic 14 · ⁨الموضوع 14⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
9:54

الهيدروكربونات

سائلان شفافان، كلاهما لا يحتوي سوى على الكربون والهيدروجين. وأنبوبان اختبار من ماء البروم البرتقالي. رجّ السائل الأول في أنبوب، والثاني في…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

14.1

Alkanes · ⁨الألكانات⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
  1. recall the reactions (reagents and conditions) by which alkanes can be produced: (a) addition of hydrogen to an alkene in a hydrogenation reaction, $\text{H}_2\text{(g)}$ and $\text{Pt/Ni}$ catalyst and heat (b) cracking of a longer chain alkane, heat with $\text{Al}_2\text{O}_3$
  2. describe: (a) the complete and incomplete combustion of alkanes (b) the free-radical substitution of alkanes by $\text{Cl}_2$ or $\text{Br}_2$ in the presence of ultraviolet light, as exemplified by the reactions of ethane
  3. describe the mechanism of free-radical substitution with reference to the initiation, propagation and termination steps
  4. suggest how cracking can be used to obtain more useful alkanes and alkenes of lower $M_r$ from heavier crude oil fractions
  5. understand the general unreactivity of alkanes, including towards polar reagents in terms of the strength of the $\text{C–H}$ bonds and their relative lack of polarity
  6. recognise the environmental consequences of carbon monoxide, oxides of nitrogen and unburnt hydrocarbons arising from the combustion of alkanes in the internal combustion engine and of their catalytic removal
العربية
  1. استذكار التفاعلات (الكواشف والشروط) التي يمكن بها إنتاج الألكانات: (أ) إضافة الهيدروجين إلى ألكين في تفاعل هدرجة، $\text{H}_2\text{(g)}$ و $\text{Pt/Ni}$ محفز وحرارة (ب) تفكيك ألكان أطول سلسلة، حرارة مع $\text{Al}_2\text{O}_3$
  2. وصف: (أ) الاحتراق الكامل وغير الكامل للألكانات (ب) استبدال الجذور الحرة للألكانات بواسطة $\text{Cl}_2$ أو $\text{Br}_2$ في وجود الضوء فوق البنفسجي، كما هو موضح بتفاعلات الإيثان
  3. وصف آلية استبدال الجذور الحرة بالرجوع إلى مراحل البدء، الانتشار و الإنهاء
  4. اقتراح كيفية استخدام التفكيك للحصول على المزيد من الألكانات والألكينات الأكثر فائدة ذات $M_r$ أقل من الكسور البترولية الثقيلة
  5. فهم الخمول العام للألكانات، بما في ذلك تجاه الكواشف القطبية، بدلالة قوة $\text{C–H}$ روابط ونقصها النسبي للقطبية
  6. التعرف على العواقب البيئية لـ أكسيد الكربون، وأكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات المحترقة جزئياً الناتجة عن احتراق الألكانات في المحركات الداخلية وإزالتها التحفيزية

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

Alkanes 烷烃 are saturated hydrocarbons (general formula $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$).

Making alkanes

  • hydrogenation 氢化: add hydrogen to an alkene 烯烃, using a $\text{Pt}$ or $\text{Ni}$ catalyst and heat.
  • cracking 裂化: break a long-chain alkane into shorter ones by heating with $\text{Al}_2\text{O}_3$.

Combustion

In combustion 燃烧 an alkane burns in oxygen:

  • complete combustion 完全燃烧 (plenty of oxygen) gives carbon dioxide and water.
  • incomplete combustion 不完全燃烧 (not enough oxygen) gives water plus toxic carbon monoxide 一氧化碳 ($\text{CO}$) and soot (carbon).

You are often asked to write the balanced equation. Balance it in a fixed order - carbon first, then hydrogen, and oxygen last - because oxygen is the only element left on just one side:

$$\text{C}_6\text{H}_{14} + 9\tfrac{1}{2}\,\text{O}_2 \rightarrow 6\,\text{CO}_2 + 7\,\text{H}_2\text{O}$$

The 6 carbons fix $6\,\text{CO}_2$; the 14 hydrogens fix $7\,\text{H}_2\text{O}$; counting the oxygens on the right gives $12 + 7 = 19$, so the left needs $19 \div 2 = 9\tfrac{1}{2}$. A half of $\text{O}_2$ is perfectly acceptable in this equation - and if the question asks for whole numbers, simply double everything ($2\,\text{C}_6\text{H}_{14} + 19\,\text{O}_2 \rightarrow 12\,\text{CO}_2 + 14\,\text{H}_2\text{O}$).

Free-radical substitution

Alkanes react with chlorine or bromine by free-radical substitution 自由基取代, in ultraviolet light 紫外线. For ethane and chlorine the mechanism has three steps:

  • initiation 引发 — UV light splits the halogen into two free radicals 自由基: $\;\text{Cl}_2 \rightarrow 2\,\text{Cl}\cdot$ This kind of break is homolytic fission 均裂: the bond splits evenly, one electron going to each atom, which is what makes two radicals. (The opposite, heterolytic fission 异裂, sends both electrons to one atom and makes a pair of ions - that is what happens in the polar mechanisms such as electrophilic addition.) Examiners ask for this word by name, so use it.
  • propagation 增长 — radicals react and make new radicals:
    $$\text{Cl}\cdot + \text{C}_2\text{H}_6 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\cdot + \text{HCl} \qquad \text{C}_2\text{H}_5\cdot + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{Cl} + \text{Cl}\cdot$$
  • termination 终止 — two radicals join, ending the chain: $\;\text{Cl}\cdot + \text{C}_2\text{H}_5\cdot \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{Cl}$

Why cracking is useful, and why alkanes are unreactive

Cracking turns heavy fractions of crude oil 原油 into more useful, lower-$M_r$ alkanes and alkenes. (A fraction 馏分 is a group of molecules with a similar boiling-point range.)

Alkanes are generally unreactive, especially towards polar reagents. This is because the C–H and C–C bonds are strong and have little polarity 极性, so there is no charge to attract an attacking species.

Environmental effects

Burning alkanes in an internal combustion engine gives off carbon monoxide, oxides of nitrogen and unburnt hydrocarbons. A catalytic converter removes these by turning them into harmless gases.

العربية
لهب أزرق على موقد غاز
الغاز الطبيعي — الذي يتكون أساساً من الميثان، أبسط الألكانات — يحترق على الموقد.

الألكانات هي هيدروكربونات مشبعة (الصيغة العامة $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$).

تحضير الألكانات

  • الإضافية بالهيدروجين: أضف هيدروجين إلى ألكين، باستخدام محفز $\text{Pt}$ أو $\text{Ni}$ وحرارة.
  • التكسير: كسر ألكان طويل السلسلة إلى أقصر عنه بالتسخين مع $\text{Al}_2\text{O}_3$.

الاحتراق

في الاحتراق يحترق الألكان في الأكسجين:

الاحتراق الكامل يعطي CO2 والماء؛ الاحتراق غير الكامل يعطي أيضاً أول أكسيد الكربون والهبوب
الاحتراق التام يعطي CO2 وماء; غير التام يعطي أيضاً CO وفحم أسود
  • الاحتراق الكامل (وفرة الأكسجين) يعطي ثاني أكسيد الكربون والماء.
  • الاحتراق غير الكامل (عدم كفاية الأكسجين) يعطي الماء بالإضافة إلى أول أكسيد الكربون السام ($\text{CO}$) والهبوب (كربون).

غالباً ما يُطلب منك كتابة المعادلة الموزونة. وزنها بترتيب ثابت - الكربون أولاً، ثم الهيدروجين، وأخيراً الأكسجين - لأن الأكسجين هو العنصر الوحيد المتبقي على جانب واحد فقط:

$$\text{C}_6\text{H}_{14} + 9\tfrac{1}{2}\,\text{O}_2 \rightarrow 6\,\text{CO}_2 + 7\,\text{H}_2\text{O}$$

ثوابت 6 ترتبط بـ $6\,\text{CO}_2$؛ ثوابت 14 ترتبط بـ $7\,\text{H}_2\text{O}$؛ بعد عدّ ذرات الأكسجين على اليمين نحصل على $12 + 7 = 19$، لذا يحتاج الجانب الأيسر إلى $19 \div 2 = 9\tfrac{1}{2}$. نصف $\text{O}_2$ مقبول تمامًا في هذه المعادلة - وإذا طُلب في السؤال أعداد صحيحة، ببساطة ضاعف كل شيء ($2\,\text{C}_6\text{H}_{14} + 19\,\text{O}_2 \rightarrow 12\,\text{CO}_2 + 14\,\text{H}_2\text{O}$).

الاستبدال بالجذر الحر

تتفاعل الألكانات مع الكلور أو البروم عبر استبدال بالجذر الحر في الأشعة فوق البنفسجية. بالنسبة للإيثان والكلور، الآلية有三 steps:

  • البدء — الأشعة فوق البنفسجية تكسر الهالوجين إلى جذرين أحرار: $\;\text{Cl}_2 \rightarrow 2\,\text{Cl}\cdot$ هذا النوع من الكسر هو انشقاق متجانس: تنقسم الرابطة بالكامل، ينتقل إلكترون واحد لكل ذرة، وهو ما يخلق الجذور الحرة. (العكس، الانشقاق غير المتجانس، يرسل كلا الإلكترونات لذرة واحدة ويكوّن زوجاً من الأيونات - وهذا ما يحدث في الآليات القطبية مثل الإضافة الإلكتروفيلية.) يطلب الفاحصون هذا الكلمة باسمها، لذا استخدمها.
  • النشر — الجذور الحرة تتفاعل وتنتج جذوراً جديدة:
    $$\text{Cl}\cdot + \text{C}_2\text{H}_6 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\cdot + \text{HCl} \qquad \text{C}_2\text{H}_5\cdot + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{Cl} + \text{Cl}\cdot$$
  • الإنهاء — يتحد جذران حران، وينتهي السلسلة: $\;\text{Cl}\cdot + \text{C}_2\text{H}_5\cdot \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{Cl}$
الخطوات الثلاث للاستبدال بالجذور الحرة: البدء بتجزئة الكلور إلى جذور، والانتشار لنقل السلسلة، والإنهاء بربط جذرين حرين
استبدال الجذور الحرة في ثلاث خطوات: البدء يُنتج جذوراً، والانتشار ينقل السلسلة، والإنهاء ينهيها

لماذا الكسر مفيد ولماذا الألكانات غير متفاعلة

يحوّل كسر النفط الخام الكسور الثقيلة إلى ألكانات وألكينات أكثر فائدة ذات سلاسل أقصر (أقل $M_r$). (الكسر هو مجموعة من الجزيئات ذات نطاق غليان مشابه.)

الألكانات غير متفاعلة بشكل عام، خاصة تجاه الكواشف القطبية. ويرجع ذلك إلى أن روابط C–H وC–C قوية ولديها القليل من القطبية، لذا لا يوجد شحنة لجذب النوع المهاجم.

التأثيرات البيئية

يحرق حرق الألكانات في محرك الاحتراق الداخلي أول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات غير المحترقة. يزيل المحول الحفاز هذه عن طريق تحويلها إلى غازات ضارة.

Explore · ⁨استكشف⁩

The tetrahedral carbon · ⁨الكربون رباعي السطوح⁩

Each carbon in an alkane has four bonding pairs and no lone pairs — they spread as far apart as possible into a tetrahedron (109.5°). · ⁨يملك كل كربون في الألكان أربع أزواج رابطة ولا يوجد له أزواج حرة — حيث تتباعد لأقصى حد لتكوين رباعي السطوح (109.5°).⁩

Explore · ⁨استكشف⁩

Free-radical substitution · ⁨استبدال الجذور الحرة⁩

Methane reacts with chlorine in UV light by a chain of radical steps. · ⁨يتفاعل الميثان مع الكلور في ضوء الأشعة فوق البنفسجية عبر سلسلة من خطوات الجذر الحر.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
alkane/ˈælkeɪn/ ألكان
hydrogenation/haɪˈdrɒdʒəneɪʃn/ إهداء
alkene/ˈælkiːn/ ألكين
cracking/ˈkrækɪŋ/ التشقيق
combustion/kəmˈbʌstʃn/ احتراق
complete combustion/kəmˈpliːt kəmˈbʌstʃn/ احتراق كامل
incomplete combustion/ɪŋkəmˈpliːt kəmˈbʌstʃn/ احتراق غير كامل
carbon monoxide/ˈkɑːbən mʌˈnɒksaɪd/ أحادي أكسيد الكربون
free-radical substitution/friː ˈrædɪkl ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ استبدال بالجذور الحرة
ultraviolet light/ˌʊltrəˈvaɪəlɪt laɪt/ الضوء فوق البنفسجي
initiation/ɪˌnɪʃɪˈeɪʃn/ البدء
free radical/friː ˈrædɪkl/ جذر حر
propagation/ˌprɒpəˈɡeɪʃn/ التوسع
termination/ˌtɜːmɪˈneɪʃn/ الإنهاء
crude oil/kruːd ɔɪl/ نفط خام
fraction/ˈfrækʃn/ كسر
polarity/pəʊˈlærɪti/ القطبية
elimination/ɪˌlɪmɪˈneɪʃn/ إزالة
halogenoalkane/ˈheɪləʊdʒnəʊlkeɪn/ هالوجينو ألكان
dehydration/ˌdiːhaɪˈdreɪʃn/ إزالة الماء
alcohol/ˈælkəhɒl/ كحول
14.2

Alkenes · ⁨الألكينات⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
  1. recall the reactions (including reagents and conditions) by which alkenes can be produced: (a) elimination of $\text{HX}$ from a halogenoalkane by ethanolic $\text{NaOH}$ and heat (b) dehydration of an alcohol, by using a heated catalyst (e.g. $\text{Al}_2\text{O}_3$) or a concentrated acid (e.g. concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$) (c) cracking of a longer chain alkane
  2. describe the following reactions of alkenes: (a) the electrophilic addition of (i) hydrogen in a hydrogenation reaction, $\text{H}_2\text{(g)}$ and $\text{Pt/Ni}$ catalyst and heat (ii) steam, $\text{H}_2\text{O(g)}$ and $\text{H}_3\text{PO}_4$ catalyst (iii) a hydrogen halide, $\text{HX(g)}$, at room temperature (iv) a halogen, $\text{X}_2$ (b) the oxidation by cold dilute acidified $\text{KMnO}_4$ to form the diol (c) the oxidation by hot concentrated acidified $\text{KMnO}_4$ leading to the rupture of the carbon–carbon double bond and the identities of the subsequent products to determine the position of alkene linkages in larger molecules (d) addition polymerisation exemplified by the reactions of ethene and propene
  3. describe the use of aqueous bromine to show the presence of a C=C bond
  4. describe the mechanism of electrophilic addition in alkenes, using bromine/ethene and hydrogen bromide/propene as examples
  5. describe and explain the inductive effects of alkyl groups on the stability of primary, secondary and tertiary cations formed during electrophilic addition (this should be used to explain Markovnikov addition)
العربية
  1. استذكار التفاعلات (بما في ذلك الكواشف والشروط) التي يمكن بها إنتاج الألكينات: (أ) إزالة $\text{HX}$ من هالوجينو ألكان بواسطة ethanolic $\text{NaOH}$ وحرارة (ب) تجفيف الكحول، باستخدام محفز ساخن (مثل $\text{Al}_2\text{O}_3$) أو حمض مركز (مثل مركز $\text{H}_2\text{SO}_4$) (ج) تفكيك ألكان أطول سلسلة
  2. وصف التفاعلات التالية للألكينات: (أ) الإضافة إليكتروفيلي لـ (i) الهيدروجين في تفاعل هجرة، $\text{H}_2\text{(g)}$ و $\text{Pt/Ni}$ محفز وحرارة (ii) البخار، $\text{H}_2\text{O(g)}$ و $\text{H}_3\text{PO}_4$ محفز (iii) هاليد الهيدروجين، $\text{HX(g)}$، في درجة حرارة الغرفة (iv) هالوجين، $\text{X}_2$ (ب) الأكسدة بواسطة cold dilute acidified $\text{KMnO}_4$ لتكوين ديول (ج) الأكسدة بواسطة hot concentrated acidified $\text{KMnO}_4$ مما يؤدي إلى انقطاع الرابطة المزدوجة بين الكربون-كربون وهويات المنتجات اللاحقة لتحديد مواقع روابط الألكين في الجزيئات الأكبر (د) بلمرة الإضافة ممثلة بتفاعلات الإيثين والبروبين
  3. وصف استخدام البروم المائي لإثبات وجود رابطة C=C
  4. وصف آلية الإضافة إليكتروفيلي في الألكينات، باستخدام البروم/الإيثين وهيدروجين بروميد/بروبين كمثال
  5. وصف وشرح التأثيرات التحريضية للمجموعات الألكيلية على استقرار الكاتيونات الأولية، الثانوية و الثلاثية المتكونة أثناء الإضافة إليكتروفيلي (يجب استخدامها لتفسير إضافة ماركوفنيكوف)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

Alkenes have a C=C double bond (general formula $\text{C}_n\text{H}_{2n}$). The double bond is the functional group, so alkenes are reactive.

Making alkenes

  • elimination 消去 of $\text{HX}$ from a halogenoalkane 卤代烷, using $\text{NaOH}$ dissolved in ethanol, with heat.
  • dehydration 脱水 of an alcohol 醇, using a hot $\text{Al}_2\text{O}_3$ catalyst or concentrated sulfuric acid.
  • cracking of a longer-chain alkane.

Reactions of alkenes

Most reactions are electrophilic addition 亲电加成 across the double bond:

Reagent and conditions Product
$\text{H}_2$, $\text{Pt/Ni}$ catalyst, heat alkane
steam 水蒸气 ($\text{H}_2\text{O}$), $\text{H}_3\text{PO}_4$ catalyst alcohol
a hydrogen halide 卤化氢 ($\text{HX}$), room temperature halogenoalkane
a halogen $\text{X}_2$ a di-substituted alkane

There are also two oxidation reactions with acidified $\text{KMnO}_4$:

  • cold, dilute $\text{KMnO}_4$ adds two $\text{–OH}$ groups to give a diol 二醇.
  • hot, concentrated $\text{KMnO}_4$ breaks the C=C bond right apart, and what each half turns into tells you exactly where the double bond used to be.

That second reaction is worth learning properly, because it is how the exam asks you to locate a double bond in a large molecule. Oxidation is written with $[\text{O}]$, meaning "an oxygen atom from the oxidising agent". Cut the molecule at the C=C, then look at what each of the two carbons was carrying:

The C=C carbon carries It becomes
two alkyl groups ($\text{=CR}_2$) a ketone 酮, $\text{R}_2\text{C=O}$
one alkyl and one $\text{H}$ ($\text{=CHR}$) a carboxylic acid 羧酸, $\text{RCOOH}$
two hydrogens ($\text{=CH}_2$) $\text{CO}_2$ and water

The pattern is simply how many hydrogens that carbon had: none stops at a ketone, one is pushed on to an acid, and two are oxidised all the way to $\text{CO}_2$.

Worked example. Give the products when $(\text{CH}_3)_2\text{C=CHCH}_3$ is heated with hot concentrated acidified $\text{KMnO}_4$. Cut at the C=C and take each carbon separately. The left carbon carries two methyl groups and no hydrogen, so it stops at a ketone: $(\text{CH}_3)_2\text{C=O}$, which is propanone. The right carbon carries one methyl and one H, so it goes on to a carboxylic acid: $\text{CH}_3\text{COOH}$, ethanoic acid. So:

$$(\text{CH}_3)_2\text{C=CHCH}_3 + 3[\text{O}] \rightarrow \text{CH}_3\text{COCH}_3 + \text{CH}_3\text{COOH}$$

Now run it backwards, which is the way the question is usually set. Given the products, rebuild the alkene by putting the two carbonyl carbons back together as a C=C: a ketone means that carbon had two alkyl groups, an acid means one alkyl and one H, and $\text{CO}_2$ means the chain ended in $\text{=CH}_2$. Getting $\text{CO}_2$ is the strongest clue of all - it can only come from a terminal double bond.

Test for a C=C bond

Shake the compound with orange bromine water 溴水. An alkene decolourises it (turns it colourless) by electrophilic addition. An alkane does not.

Addition polymerisation

In addition polymerisation 加成聚合, many alkene molecules join into one long chain, with no other product. Ethene gives poly(ethene). The long-chain product is a polymer 聚合物.

The mechanism and Markovnikov's rule

In electrophilic addition (for example bromine with ethene), the electron-rich C=C attracts the electrophile. This forms a positive intermediate called a carbocation 碳正离子, which the negative part then attacks.

Alkyl groups push electrons towards the positive carbon — this is the inductive effect 诱导效应. So a carbocation with more alkyl groups is more stable: tertiary is more stable than secondary, which is more stable than primary. When $\text{HBr}$ adds to propene, the more stable carbocation forms, so hydrogen adds to the carbon that already has more hydrogens. This pattern is Markovnikov's rule 马氏规则.

Worked example. Predict the major product when $\text{HBr}$ adds to propene, $\text{CH}_3\text{CH=CH}_2$. The $\text{H}^{+}$ adds first, and it adds in whichever way makes the more stable carbocation. Adding the $\text{H}$ to the end carbon puts the positive charge on the middle carbon, giving a secondary carbocation, which is stabilised by electron-releasing alkyl groups on two sides. Adding it to the middle carbon would leave a less stable primary carbocation. The bromide ion then attacks the secondary carbocation, so the major product is 2-bromopropane. That is Markovnikov's rule - but quote the reason (carbocation stability: tertiary > secondary > primary), because the rule on its own is not the explanation.

العربية
مصفاة نفط
إنتاج الألكينات لكسر الكسور الثقيلة في المصفاة لتستخدم في البلاستيك والوقود.

الألكينات تحتوي على رابطة ثنائية C=C (الصيغة العامة $\text{C}_n\text{H}_{2n}$). الرابطة الثنائية هي المجموعة الوظيفية، لذا فهي متفاعلة.

تحضير الألكينات

  • الإزالة لـ $\text{HX}$ من هالو ألكان، باستخدام $\text{NaOH}$ مذابة في الإيثانول، مع الحرارة.
  • إزالة الماء من كحول، باستخدام عامل حفاز ساخن $\text{Al}_2\text{O}_3$ أو حمض الكبريتيك المركز.
  • كسر ألكان ذو سلسلة أطول.

تفاعلات الألكينات

معظم التفاعلات هي إضافة إلكتروفيلية عبر الرابطة الثنائية:

الكاشف والشروط المنتج
$\text{H}_2$، محفز $\text{Pt/Ni}$، حرارة ألكان
بخار ($\text{H}_2\text{O}$)، محفز $\text{H}_3\text{PO}_4$ كحول
هاليد هيدروجين ($\text{HX}$)، درجة حرارة الغرفة هالو ألكان
هالوجين $\text{X}_2$ ألكان ثنائي الاستبدال

هناك أيضًا تفاعلان أكسدة مع $\text{KMnO}_4$ المُحمَّض:

  • بارد ومخفف $\text{KMnO}_4$ يضيف مجموعتي $\text{–OH}$ لإعطاء ديول.
  • ساخن ومركز $\text{KMnO}_4$ يكسر الرابطة C=C تمامًا، وما يتحول إليه كل نصف يخبرك بالضبط أين كانت الرابطة الثنائية سابقًا.

هذا التفاعل الثاني يستحق التعلم الجيد، لأنه الطريقة التي يسأل بها الامتحان عن تحديد موقع الرابطة الثنائية في جزيء كبير. تُكتب الأكسدة بـ $[\text{O}]$، وتعني "ذرة أكسجين من عامل الأكسدة". قطّع الجزيء عند C=C، ثم انظر إلى ما كان يحملته كل ذرة كربون:

تحمل ذرة C=C تصبح
مجموعتي ألكيل ($\text{=CR}_2$) كيتون، $\text{R}_2\text{C=O}$
ألكيل واحد و$\text{H}$ واحد ($\text{=CHR}$) حمض كربوكسيلي، $\text{RCOOH}$
هيدروجينان ($\text{=CH}_2$) $\text{CO}_2$ وماء

النمط بسيط قدر عدد الهيدروجين الذي كانت تلك الذرة possesses: الصفر يوقف عند الكيتون، واحد يدفع نحو الحمض، واثنان يُأكسدان كليًا إلى $\text{CO}_2$.

مثال محلول. حدد النواتج عند تسخين $(\text{CH}_3)_2\text{C=CHCH}_3$ مع حمض مركز ساخن ومحمض بـ $\text{KMnO}_4$. قطع الرابطة C=C وأخذ كل ذرة كربون على حدة. تحمل ذرة الكربون اليسرى مجموعتي ميثيل ولا氢وجين، لذا تتوقف عند كيتون: $(\text{CH}_3)_2\text{C=O}$، وهو البروبانون. أما ذرة الكربون اليمنى فتحمل ميثيل واحد وهيدروجين، لذا تستمر لتكون حمض كربوكسيل: $\text{CH}_3\text{COOH}$، حمض الأسيتيك. إذن:

$$(\text{CH}_3)_2\text{C=CHCH}_3 + 3[\text{O}] \rightarrow \text{CH}_3\text{COCH}_3 + \text{CH}_3\text{COOH}$$

الآن عُد به عكسيًا، وهي الطريقة المعتادة لطرح السؤال. بناءً على المنتجات، أعد بناء الألكين بجمع ذرتي الكربون الكربونيل معًا كرابطة C=C: الكيتون يعني أن تلك الذرة كانت تحمل مجموعتي ألكيل، والحمض يعني ألكيلًا واحدًا وهيدروجينًا واحدًا، و$\text{CO}_2$ يعني أن السلسلة انتهت بـ $\text{=CH}_2$. الحصول على $\text{CO}_2$ هو أقوى دليل على الإطلاق - لأنه لا يمكن أن يأتي إلا من رابطة ثنائية طرفية.

اختبار الرابطة C=C

رجّ المركب مع ماء البروم البرتقالي. يقوم الألكين بـ تبييضه (تحويله إلى عديم اللون) بالإضافة الإلكتروفيلية. أما الألكان فلا يفعل ذلك.

أنبوبا اختبار لماء البروم البرتقالي: الأول الذي يحتوي على ألكين أصبح عديم اللون، والثاني الذي يحتوي على ألكان لا يزال برتقاليًا
اختبار ماء البروم: يبيض الألكين ماء البروم البرتقالي، بينما يترك الألكانه برتقاليًا

البلمرة بالإضافة

في البلمرة بالإضافة، ترتبط جزيئات عديدة من الألكين بسلسلة واحدة طويلة، دون منتجات أخرى. الإيثين يعطي بولي(إيثين). المنتج طويل السلسلة هو بوليمر.

n من جزيئات الإيثين ذات الروابط الثنائية على اليسار تتحول إلى الوحدة المتكررة لبولي(إيثين) بين قوسين على اليمين
بلمرة الإضافة: تفتح جزيئات متعددة من الإيثين روابطها الثنائية وترتبط لتكوين سلسلة طويلة من بولي(إيثين)

الآلية وقاعدة ماركوفنيكوف

في الإضافة الإلكتروفيلية (على سبيل المثال البروم مع الإيثين)، تجذب الرابطة الثرية بالإلكترونات C=C الإلكتروفيل. هذا يُكوّن وسيطًا موجبًا يسمى كربونيونيوم، الذي تهاجمه الجزء السلبي بعد ذلك.

آلية إضافة البروم إلى الإيثين: الأسهم المنحنية تظهر C=C تهاجم برومينًا واحدًا، وتكوين كربونيونيوم، ثم مهاجمة البروميد له لإعطاء 1,2-ديبروموإيثان
الإضافة الإلكتروفيلية للبروم إلى الإيثين: C=C تهاجم Br$^{\delta+}$، يتكون كربونيونيوم، ثم يهاجمه Br$^-$

مجموعات الألكيل تدفع الإلكترونات نحو ذرة الكربون الموجبة — وهذا هو التأثير الحثي. لذا فإن الكربونيونيوم الذي يحتوي على مجموعات ألكيل أكثر يكون أكثر استقرارًا: الثالثي أكثر استقرارًا من الثانوي، والذي بدورهِ أكثر استقرارًا من الأولي. عندما يضاف $\text{HBr}$ إلى البروبين، يتكون الكربونيونيوم الأكثر استقرارًا، لذلك يضاف الهيدروجين إلى ذرة الكربون التي تمتلك بالفعل المزيد من الهيدروجين. هذا النمط هو قاعدة ماركوفنيكوف.

كربونيونيومات أولية وثانوية وثالثية مع أسهم تظهر مجموعات الألكيل دفع الإلكترونات نحو ذرة الكربون الموجبة، مع ارتفاع الاستقرار من اليسار إلى اليمين
يزداد استقرار الكربوكاتيون من الأولي إلى الثانوي ثم الثالثي كلما زاد عدد مجموعات الألكيل التي تدفع الإلكترونات — وهو أساس قاعدة ماركوفنيكوف

مثال محلول. تنبأ بالمنتج الرئيسي عند إضافة $\text{HBr}$ إلى البروبين، $\text{CH}_3\text{CH=CH}_2$. يضاف $\text{H}^{+}$ أولاً، ويضاف بالطريقة التي تُنتج كربوكاتيون أكثر استقراراً. إضافة $\text{H}$ إلى ذرة الكربون الطرفية تضع الشحنة الموجبة على الكربون الأوسط، مما يُعطي كربوكاتيون ثانوي، وهو مستقر بسبب مجموعات الألكيل الدافعة للإلكترونات من جانبين. أما إضافته للكربون الأوسط فستترك كربوكاتيون أولي أقل استقراراً. بعد ذلك تهاجم أيون البروميد الكربوكاتيون الثانوي، ليكون المنتج الرئيسي هو 2-بروموبروبان. هذه هي قاعدة ماركوفنيكوف - لكن يجب ذكر السبب (استقرار الكربوكاتيون: ثالثي > ثانوي > أولي)، لأن القاعدة وحدها ليست التفسير.

Explore · ⁨استكشف⁩

Alkene addition route · ⁨مسار إضافة الألكينات⁩

Follow how the C=C bond opens and new atoms add. · ⁨تابع كيف تنفتح رابطة C=C وتضاف ذرات جديدة.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
electrophilic addition/ɪˌlektrəʊˈfɪlɪk əˈdɪʃn/ إضافة إلكتروفيلية
steam/stiːm/ بخار الماء
hydrogen halide/ˈhaɪdrədʒn ˈhælaɪd/ هاليد الهيدروجين
diol/dɪˈɒl/ ديول
bromine water/ˈbrəʊmaɪn ˈwɔːtə/ ماء البروم
addition polymerisation/əˈdɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ بوليمرة إضافة
polymer/ˈpɒlɪmə/ بوليمر
carbocation/ˌkɑːbəˈkeɪʃn/ كاربوكاتيون
inductive effect/ɪnˈdʌktɪv ɪˈfekt/ التأثير الحثي
Markovnikov's rule/ˈmɑːkəvnɪkɒvz ruːl/ قاعدة ماركوفنيكوف
homolytic fission/ˌhɒməˈlɪtɪk ˈfɪʃn/ انقطاع متجانس
heterolytic fission/ˌhetrəˈlɪtɪk ˈfɪʃn/ انقطاع غير متجانس
ketone/ˈketəʊn/ كيتون
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ حمض كربوكسيلي
Watch lesson · ⁨شاهد الدرس⁩
14.2

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • Alkanes: free-radical substitution needs UV light — show initiation, propagation and termination with the radical dots.
  • Alkenes: electrophilic addition via a carbocation; draw curly arrows from the $\text{C}=\text{C}$.
  • Markovnikov: H adds to the carbon with more H's, via the more stable carbocation (alkyl groups are electron-releasing).
  • Test for $\text{C}=\text{C}$: bromine water decolourises (orange → colourless) — state the observation.
العربية
  • الألكانات: الاستبدال بالجذر الحر يتطلب ضوء الأشعة فوق البنفسجية — أدرج مراحل البدء والانتقال والانتهاء مع نقاط الجذور الحرة.
  • الألكينات: الإضافة الإلكتروفيلية عبر كربوكاتيون؛ ارسم أسهم منحنية من $\text{C}=\text{C}$.
  • ماركوفنيكوف: يضاف H للكربون الذي يحتوي على المزيد من ذرات الهيدروجين، عبر الكربوكاتيون الأكثر استقراراً (مجموعات الألكيل دافعة للإلكترونات).
  • اختبار $\text{C}=\text{C}$: يتلاشى لون ماء البروم (برتقالي ← عديم اللون) — اذكر الملاحظة.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP