Hlavní obsah
Halogenace alkenů
Halogenace je reakce, ke které dochází, když se k molekule přidává jeden nebo více molekul halogenů. Halogeny se nachází v sedmém sloupci periodické tabulky a zahrnují fluor, chlor, brom, jod a astat. Výsledný produkt halogenační reakce je znám jako halogen derivát. Tvůrce: Jay.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
Podívejme se na halogenaci alkenů. Nalevo máme alken,
na který navážeme halogen. Například brom nebo chlor. Můžeme vidět,
že reakce probíhá jako anti-adice. Takže se halogeny naváží
z opačných stran dvojné vazby. Podívejme se na mechanismus, abychom zjistili,
proč jde právě o anti-adici. Začněme tady dole
od tohoto alkenu a ukažme si, jak se k němu bude
halogen přibližovat. Bude přistupovat
tímto způsobem. Ještě sem dokreslím
volné elektronové páry. Takto. Zaměřme se na naší
molekulou halogenu. Víme, že je nepolární. Když se podíváme na elektrony
tvořící vazbu mezi halogeny... Oba halogeny samozřejmě mají
stejnou elektronegativitu, proto ani jeden nepřitahuje
tyto elektrony silněji. Takže celá molekula je nepolární. Avšak když pí elektrony v alkenu... Takže teď mluvím
o těchto pí elektronech. Pokud se tyto elektrony
dostanou příliš blízko modrým elektronům, budou se odpuzovat. Elektrony se vzájemně odpuzují,
mají totiž stejné náboje. A jak růžové elektrony
odpuzují modré elektrony, vytlačují modré elektrony
blíž k hornímu halogenu. Tím na halogenu vznikne
částečný záporný náboj a zároveň na spodním halogenu
vznikne částečný kladný náboj, protože ztratí trochu
své elektronové hustoty. Teď můžeme brát tento spodní halogen
jako elektrofil, protože chce elektrony. Proto v tomto mechanismu budou
pí elektrony vystupovat jako nukleofil. A tyto pí elektrony
napadnou náš elektrofil. Ve stejnou dobu tyto elektrony, tento elektronový pár na levé straně
halogenu napadne tento uhlík. A tyto modré elektrony
takto přeskočí na horní halogen. Nakresleme si výsledek
s přesunutými elektrony. Teď máme uhlík navázaný jednoduchou
vazbou na tento druhý uhlík. Růžové elektrony vytvořily novou vazbu
mezi uhlíkem vpravo a halogenem. A tyto červené elektrony,
které tvořily volný elektronový pár, vytvoří vazbu s uhlíkem vlevo. Halogenu pořád zbývají
dva volné elektronové páry. Takže je tady doplním. A halogen bude mít
formální náboj plus jedna. Toto se nazývá cyklický
halogenový kation a je dokázané,
že během mechanismu skutečně vzniká. Zamyslíme-li se
nad tímto kladně nabitým halogenem, zjístíme, že halogeny
jsou hodně elektronegativní a že chtějí elektrony. Řekněme, že třeba tyto růžové elektrony
budou přitahovány trochu blíže k halogenu, který tak odebere tomuto spodnímu
uhlíku část elektronové hustoty, a tím na uhlíku vznikne
kladný parciální náboj. A tak toto bude fungovat
jako elektrofil při dalším kroku. A nukleofil bude halogenidový anion,
který vznikl v předchozím kroku. Měli jsme tu halogen se třemi
volnými elektronovými páry. A ještě si vzal modré elektrony. Takže teď má celkem 4 volné
elektronové páry, to je 8 elektronů. Proto má záporný formální náboj −1. Kvůli tomu může
vystupovat jako nukleofil. Protože tady máme
tento cyklický halogenový ion, halogen brání napadení
nukleofilu shora. Bude proto přistupovat zespodu. Takže tento záporně nabitý halogenidový
anion nukleofilně napadne elektrofil. Tento uhlík. A vytlačí tyto růžové elektrony
k tomuto halogenu. Nakresleme si, co vznikne
po tomto nukleofilním ataku. Takže teď tu máme dva uhlíky,
které jsou stále spojené vazbou. A horní halogen se přesunul
na tento levý uhlík. Měl dva volné elektronové páry,
ale vzal si ještě dva růžové elektrony. Takže takhle bude
vypadat uhlík vlevo. Uhlík vpravo je pořád navázaný
ke dvěma dalším atomům. A halogenidový anion se
musí navázat zespodu. Takže tento halogen
budeme mít takto dole. Teď už víme,
proč dochází k anti-adici halogenů. Ukažme si nějakou
konkrétní reakci. Na začátku budeme mít
cyklohexen jako reaktant. Tento cyklohexan
bude reagovat s bromem, tedy s Br₂. Z prvního kroku
mechanismu víme, že musí vzniknout
cyklický halogenový ion. Takže prvně nakreslím
uhlíkový cyklus. A ukážu vznik cyklického
halogeniového iontu. Nazývá se bromoniový kation. Takže vznikne takovýto cyklus. Tento brom bude mít
dva volné elektronové páry. A bude mít kladný
formální náboj +1. Z mechanismu taky víme,
že spolu s ním vzniká i bromidový anion. Takže tu budeme mít
záporný bromidový anion. Když se zamyslíme na tím,
jak bromidový anion k látce přistoupí, víme, že bude reagovat
s jedním z těchto dvou uhlíků. Může reagovat třeba s tím vlevo,
ale taky může reagovat s tím napravo. Začněme třeba u uhlíku napravo
a nakresleme si produkt. Takže když volný elektronový pár
bromidového anionu napadne tento uhlík, tak vystrčí tyhle elektrony k bromu. Můžeme si nakreslit výsledek. Takže tu budeme mít cyklus a brom
nahoře se přehoupne k levému uhlíku. Takže tento brom
bude vypadat nějak takhle. A bromidový anion se navázal
zespodu k rovině kruhu. Takže toto je jeden
z možných produktů. Bromidový anion mohl také reagovat
s bromovým kationtem z levé strany. Tento volný elektronový pár
by reagoval s tímto uhlíkem, čímž by posunul
tyto elektrony k bromu. Můžeme si nakreslit výsledek
takovéto nukleofilní reakce. V tomto případě se horní brom
přehoupne na uhlík vpravo. A vezme si s sebou
i volný pár elektronů. A bromidový anion se opět musí navázat
ze spodní strany vzhledem k rovině kruhu. Tyto dvě molekuly jsou v podstatě
dva různé produkty. Zkusme si je překreslit,
abychom to mohli lépe vidět. Budeme se dívat jakoby shora. Toto je vaše oko. Překresleme si tuto molekulu. Takže toto je stejná molekula
při pohledu shora. Tento uhlík bude tady. A můžeme vidět, že brom vystupuje
jakoby k nám do prostoru. Takže tady nakreslím brom
vystupující ke mně do prostoru. Přesunu se na tento uhlík. Tento uhlík. Tady musí brom vystupovat směrem
od nás do prostoru za tímto uhlíkem. To je jeden možný produkt. Vpravo uděláme to samé. Tady nakreslím oko. Podíváme se jakoby shora. Tohle bude nahoře. Nejdříve se můžeme podívat na tento uhlík. Vidíme, že brom směřuje od něj dolů. Nakreslíme si cyklohexanový kruh. Z tohoto uhlíku směřuje brom dolů. A samozřejmě z tohoto uhlíku
bude vystupovat brom k nám do prostoru. To vyjádřím klínem. A toto jsou mé produkty. A pokud jste už prošli stereochemií, tak víte, že tyto dva produkty
jsou vzájemnými enantiomery. Ve skutečnosti jsou to dvě různé molekuly,
dva jedinečné zrcadlové obrazy. Můžeme vidět,
že mají opačnou absolutní konfiguraci. Když se podíváme na tento uhlík, tak brom leží směrem k nám
a druhý brom leží směrem od nás. A u tohoto brom leží směrem k nám
a druhý brom leží směrem od nás. Takže takto vypadá halogenace.