Halogenuhlovodíky, substituční a eliminační reakce
Přihlásit se
Halogenuhlovodíky, substituční a eliminační reakce (6/14) · 12:35

Mechanismus E1 eliminace Vysvětlení mechanismu monomolekulární eliminace.

Navazuje na Stereochemii.
Podívejme se na obecnou reakci dehydrogenace alkoholu, za tvorby alkenu. Zde vlevo máme alkohol. Uhlík, který je vázán k OH, je uhlík alfa. Uhlík, který je vázán k tomuto uhlíku, je beta uhlík. V tomto mechanizmu je požadován beta vodík, takže se na něj podíváme za pár minut. Potřebujete také kyselinu sírovou a reakci musíte zahřát. Kyselina fosofrečná může být také použita. Někdy je kyselina fosforečná lepší k získání požadovaných produktů. Zde vpravo můžete vidět, že jsme ztratili náš OH. Ztratil se ve formě vody z hlediska dehydratace. Vytvořili jsme dvojnou vazbu mezi našimi alfa a beta uhlíky. Pokud máte rádi paměťové kartičky, tak byste mohli tyto 2 věci vložit na jednu stranu a produkty na druhou stranu kartičky. Podívejme se na mechanizmus. Kroky, jakými se tato reakce ubírá. Začneme s naším alkoholem. Překresleme náš alkohol zde a vložme do něj beta vodík. Zde máme OH skupinu se 2 volnými elektronovými páry. Vložme tedy na kyslík 2 volné elektronové páry. Vím, že je přítomna kyselina sírová. Kyselina sírová je silná Brönstedova-Lowryho kyselina. Daruje protony do roztoku. Zde v roztoku se vznášejí protony. Nakreslím protony H⁺ takto. Alkoholová část molekuly bude fungovat, jako Brönstedova-Lowryho báze. Bude přijímat proton. Jeden z těchto volných elektronových párů bude tvořit vazbu s tímto protonem. Řeknu, že je to tento volný elektronový pár. Toto bude atakovat tento proton a vytvoří novou kovalentní vazbu. Pojďme nakreslit produkt acidobazické reakce. Vložme náš beta vodík zde. A tento uhlík sem. Co bychom dostali? Jeden volný elektronový pár neudělal nic. Tudíž je tento volný elektronový pár stále na kyslíku. Tento zadní volný elektronový pár vytvořil novou kovalentní vazbu mezi tímto kyslíkem a protonem. A stále máme 1 vodík připojený k tomuto kyslíku. Vypadalo by to takto. Pokud spočítáte formální náboj na tomto kyslíku, a o tom jsme mluvili minule, tak dostanete formální náboj +1. Tento kyslík je kladně nabitý. A kyslík nemá rád, když je kladně nabitý, je velmi elektronegativní. Tento kyslík chce teď elektrony. Nejlepší místo, kde může kyslík získat elektrony, je vytvořit tuto vazbu mezi uhlíkem a kyslíkem. V dalším kroku diskutovaného mechanizmu tyto 2 elektrony tvořící vazbu budou „vykopnuty" na tento kyslík. Pojďme nakreslit výsledek. Co by se stalo? Stále zde máme tyto vodíky. Udělám tuto vazbu trochu přímější. Přerušili jsme tedy vazbu mezi tímto uhlíkem a tímto kyslíkem. Nyní se zde oddělila voda. Máme kyslík vázaný se 2 vodíky. Tento kyslík měl 1 volný elektronový pár. A pak získal další volný elektronový pár z této vazby, kde byl vázán s tímto uhlíkem. Nyní se nám zde vznáší voda. Nyní byl tomuto uhlíku udělen nový formální náboj. A tento uhlík skončil s formálním nábojem +1. Tento uhlík není spokojený. Potřebuje elektrony. Nemá kolem sebe elektronový oktet. V posledním kroku musíme uvažovat, jak vytvořit dvojnou vazbu. A to záleží na tom, do jaké učebnice se díváte. Mnoho učebnic by řeklo, že voda bude nyní fungovat, jako Brönstedova-Lowryho báze. A vezme si tento proton, jenom proton, nikoliv elektron, který proton přinesl do této struktury. Pokud vložím své elektrony zde do této vazby... Vzpomeňte, že 1 z těchto elektronů byl vodíku. Ale je to pouze jádro vodíkového atomu, které bude sebráno molekulou vody. Zanechá oba tyto elektrony. A tyto 2 elektrony se přesunou sem a vytvoří dvojnou vazbu. Nakresleme produkt. Podívejme, zda můžeme nahoru. Toto vytvoří dvojnou vazbu mezi těmito 2 uhlíkovými atomy. A pak máte acidobazickou reakci s vodou a kyselinou sírovou. Nyní máte vytvořený alken. Pojďme zpět a zkusme sledovat tyto elektrony pozorněji. Podívejte, tyto 2 elektrony, se kterými jsme začali zde. To jsou ty, které vytvořili tuto vazbu. Zakreslíme je modře. Další elektrony, které zkoušíme sledovat... sledujme tyto elektrony. Elektrony v této vazbě, to jsou ty, které byly „vykopnuty" na tento kyslík. To jsou tyto elektrony zde. Poslední věc, kterou uděláme, je vybarvení této vazby mezi těmito elektrony. Tyto elektrony jsou ty, které se pohnuly, aby vytvořili alken v našem mechanizmu. Zde je mechanizmus dehydratace alkoholu za tvorby alkenu. Všimněte si, že v tomto mechanizmu máme kladně nabitý uhlík, který jsme v předchozím videu nazvali karbokationt. Toto je mechanizmus karbokationtu. A v dalším videu budeme rozebírat do hloubky karbokationty a možné přesmyky. Nyní se ale soustředíme na obecný mechanizmus. Podívejme, zda zvládneme napsat obecný mechanizmus aktuální reakce. Podívejme se na cyklohexanol. Pokud nakreslíme cyklohexanol takto. Pokud k němu přidáme kyselinu sírovou, můžeme dehydratovat molekulu. Můžeme ztratit vodu. Popřemýšlejme nad průběhem této reakce. Víme, že uhlík vázaný na náš OH je alfa uhlík. A také víme, že uhlík vedle našeho alfa uhlíku je beta uhlík. Toto by měl být beta uhlík a také toto by měl být beta uhlík. Víme, že každý z těchto beta uhlíků má na sobě 2 vodíky. Zde jsou 2 vodíky na každém uhlíku. Kterýkoliv z těchto vodíků může být ten beta vodík, který se podílí na tomto mechanizmu. Popřemýšlejme nad tím, co se děje v tomto mechanizmu. V prvním kroku můžeme udělat zkrácenou verzi. Víme, že na našem kyslíku byly 2 volné elektronové páry. A víme, že v roztoku se vznášejí protony. Můžeme to nakreslit rychle. Vložme 2 volné elektronové páry na kyslík. A víme, že v roztoku se vznášejí protony. Dám své 2 volné elektronové páry sem. A zde máme H⁺, takže můžeme naprotonovat náš alkohol. Můžeme nakreslit výsledek tohoto. Nyní máme kyslík vázaný se 2 vodíky. A máme na něm pouze 1 volný elektronový pár. A získá formální náboj +1. Kyslík však nemá rád kladný formální náboj. Chce se zbavit tohoto formálního náboje. Tyto elektrony tedy budou „vykopnuty" na váš kyslík. Voda odstupuje, je to tedy krok dehydratace. A z tohoto uhlíku máme karbokationt. Toto je karbokationt. Můžu vzít kterýkoliv z těchto beta vodíků, jsou totiž identické, takže vezmu jeden z nich odsud. A můžete uvažovat nad molekulou vody tak, že jde okolo a chová se, jako Brönstedova-Lowryho báze, tedy akceptuje proton. Takže si vezme tento vodík. A to znamená, že tyto elektrony se pohnou sem, čímž odstraní formální náboj +1 z tohoto uhlíku a vytvoří alken. Takže váš konečný produkt bude cyklohexen. Zde je rychlý mechanizmus pro vás. Pojďme se podívat na další příklad toho, co se nazývá E1 eliminace. Tentokrát použijeme alkylhalogenid. Podívejme se na alkylhalogenid a zauvažujme nad mechanizmem další E1 eliminace. Budeme hovořit o tom, odkud pochází termín E1, poté, co se podíváme na příklad. Podívejme se na náš alkylhalogenid. Uděláme tento brom. Vložím volné elektronové páry na brom. A necháme zreagovat tento alkylhalogenid s ethanolem. Vložím zde ethanol. A znovu budeme zahřívat. Nejprve si promluvíme o tomto alkylhalogenidu. Nazývá se terciální alkylhalogenid. Toto je terciální. Proč je to terciální alkylhalogenid? Uhlík, který je přímo vázán s naším halogenem, je tento. A tento uhlík je vázán k 1, 2, 3 jiným uhlíkům. Odtud pochází ta část „terciální". Terciální alkylhalogenid reaguje s ethanolem a teplem cestou E1 mechanizmu. Prvním krokem je oddělení odstupující skupiny za tvorby karbokationtu. V předchozím příkladu byla odstupující skupinou voda. V tomto příkladu bude halogen odstupující skupinou. Tyto 2 elektrony ve vazbě mezi uhlíkem a bromem, tyto 2 elektrony zde, se přesunou na brom. A náš první krok. Pojďme nakreslit mechanizmus. Dostaneme tento brom. Měl 3 volné elektronové páry okolo sebe. Nyní má 4 volné elektronové páry. To mu dodalo formální náboj -1. A methylová skupina je stále zde. Ztratili jsme vazbu k uhlíku, tu která byla modrá a vlevo. Tento uhlík dostal formální náboj +1. Toto je první krok v mechanizmu. Vytvoření karbokationtu. Brom je relativně stabilní, jako odstupující skupina, protože má nyní elektronovou konfiguraci vzácného plynu. Je stabilní, jako aniont. Nyní máme tuto situaci. Víme, že toto je alfa uhlík. To je ten, který byl vázán s halogenem. Víme, že jeden z těchto uhlíků je můj beta uhlík. Tento nebo tento. Opakuji, že nezáleží na tom, který si vyberu. Pouze odeberu vodík z tohoto uhlíku. A naše molekula ethanolu se bude nyní chovat, jako báze (zásada). Pokud nakreslím svou molekulu ethanolu. Zcela podobná vodě z předchozího příkladu. Vezme si tento proton. Volný elektronový pár z ethanolu si vezme právě tento proton. A nechá zde tyto 2 elektrony, kterými pohneme a vytvoříme dvojnou vazbu, čímž odstraníme kladný náboj z mého karbokationtu. A nyní získám svůj produkt. Udělejme si zde trochu prostoru. Mohu nakreslit produkt své eliminační reakce. To byl... Pojďme to udělat znovu. Vím, že jsem měl methylovou skupinu nahoře. A mohu vidět, že se dvojná vazba vytvoří mezi mým alfa a beta uhlíkem. Moje vazba se vytvoří zde. A toto není jediný produkt této reakce. Ale momentálně víme, že je to jediné, co se vytvoří. V budoucích videích budeme hovořit o tom, co dalšího se stane v této reakci. Můžeme vytvořit alken z alkylhalogenidu. A nyní se pobavme o tom, odkud pochází termín E1 eliminace. Tedy eliminace... Vaší odstupující skupinou v prvním příkladu byla voda. V tomto případě je to halogen. A vytvoříte dvojnou vazbu, což je eliminační část. Jeden vstupuje, je to jednomolekulární, což znamená, že rychlost reakce závisí na koncentraci pouze jednoho z vašich reaktantů. Pokud se vrátíte zpět a podíváte se na naše 2 reaktanty, tak to je ethanol a náš alkylhalogenid. Rychlost této reakce závisí pouze na koncentraci terciálního alkylhalogenidu. A důvodem je tvorba karbokationtu. První krok je krokem určujícím rychlost reakce. První krok, který jsme nakreslili, je krokem určujícím rychlost reakce. To je nejpomalejší krok. Celková rychlost reakce je určena tímto krokem reakce. Je tedy zcela závislá na původní koncentraci daného alkylhalogenidu. Ale není závislá na koncentraci alkoholu, protože ten nemůže dělat nic, dokud se nezformuje váš karbokationt. Pokud rychlost závisí pouze na koncentraci jednoho alkylhalogenidu, je takzvaně jednomolekulová, tak odtud pochází ta jednička v názvu E1 eliminace.
video