Hlavní obsah
Ozonolýza alkenů
Štěpení alkenů pomocí ozonu. Tvůrce: Jay.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
V tomto videu se budeme věnovat
dalšímu způsobu štěpení alkenové vazby, kterému se říká ozonolýza. Vlevo mám molekulu
nějakého obecného alkenu. V prvním kroku k němu
budeme přidávat ozon, O₃. V druhém reakčním kroku přidáme DMS,
což je dimethylsulfid. V druhém kroku lze použit různá činidla,
která mají různé účinky, takže na to dávejte pozor. Pokud budeme používat DMS, jako produkty získáme
směs aldehydů a ketonů v závislosti na struktuře
výchozího alkenu. Podíváme se na strukturu ozonu. Zde je uvedená jedna
z možných struktur ozonu. Můžeme nakreslit rezonanční vzorec tak,
že přemístíme tyto elektrony sem, a vytvoříme novou dvojnou
vazbu mezi těmi kyslíky. Tyto elektrony proto budou
vytlačeny vlevo na tento kyslík. Nakreslíme výslednou
rezonanční strukturu. Teď budeme mít dvojnou vazbu
mezi těmi dvěma kyslíky vpravo. Kyslík vpravo má teď
dva volné elektronové páry. Kyslík uprostřed má
jeden elektronový pár, zatímco kyslík vlevo má
tři volné elektronové páry. Proto má kyslík vlevo
formální náboj minus jedna a kyslík uprostřed má
náboj plus jedna. To jsou dvě rezonanční struktury ozonu. Mějme na paměti, že skutečná struktura je
vždy hybridem obou rezonančních struktur. Pojďme dál a vezmeme jednu
z těchto rezonančních struktur. Vezmeme například
strukturu vpravo. Překreslíme tuto
rezonanční strukturu. Máme záporný
náboj na kyslíku vlevo. Kyslík uprostřed
má kladný náboj. Kyslík vpravo nemá žádný náboj
v této rezonanční struktuře. Pojďme dál a nakreslíme alken. Tohle je náš alken s nějakými
obecnými substituenty. Během reakčního mechanismu bude
záporný náboj na kyslíku, tento volný elektronový pár,
atakovat tento uhlík, Tím posune elektrony
své pí vazby směrem ven. Tyto pí elektrony
přejdou na tento kyslík, což způsobí, že se pí elektrony vazby
mezi kyslíky přesunou na kyslík uprostřed. Je to součinný mechanismus. Pojďme nakreslit výsledek
tohoto elektronového pohybu. Kyslík vlevo teď má vazbu
s tímto uhlíkem vlevo. Uhlík vlevo už má jednoduchou
vazbu s druhým uhlíkem. Uhlík vpravo má vazbu
s kyslíkem vpravo. Levý a pravý kyslík mají jednoduchou
vazbu s kyslíkem uprostřed. Každý kyslík má přesně dva
volné elektronové páry. Hodně elektronů se pohybovalo zároveň,
pojďme je proto označit barevně a podívat se na každý
elektronový pohyb zvlášť. Tyto modré elektrony vytvořily vazbu
mezi kyslíkem a uhlíkem. Tyto červené elektrony pí vazby vytvořily
novou vazbu mezi uhlíkem a kyslíkem. A tyto purpurové elektrony
pí vazby mezi kyslíky se přemístily na tento kyslík uprostřed. Tyto purpurové elektrony jsou teď zde. Vytvořila se nám tato struktura. Vazby kyslík-kyslík
jsou relativně slabé. V molekule máme dvě vazby kyslík-kyslík,
které jsou docela nestabilní. Proto bude v dalším reakčním kroku docházet
ke štěpení jedné vazby kyslík-kyslík. Nehraje roli, kterou vazbu roztrhnu,
protože je molekula symetrická. Tato vazba kyslík-kyslík se bude štěpit
v dalším kroku reakčního mechanismu. Volný elektronový pár na kyslíku
vpravo se přemístí sem, a proto dojde ke štěpení vazby uhlí-uhlík,
protože na uhlíku bude příliš hodně vazeb. Vazba se rozštěpí,
elektrony se přemístí sem a zelené elektrony přejdou
na atom kyslíku uprostřed. Nestabilní vazba kyslík-kyslík
se rozštěpila. Nakreslíme, co vznikne
v tomto reakčním kroku. Na levé straně máme uhlík. Tento uhlík má dvě vazby s kyslíkem. Kyslík má dva volné elektronové páry. Vznikne karbonylová funkční skupina. Vpravo má uhlík dva substituenty
a dále má dvojnou vazbu s kyslíkem. Tento kyslík teď má pouze
jeden elektronový pár a má vazbu s dalším kyslíkem. Tento kyslík má tři
volné elektronové páry, čímž získává formální
náboj minus jedna. Máme záporný náboj
na tomto kyslíku, a máme kladný náboj na tomto kyslíku. Máme oxid karbonylové sloučeniny. Taková molekula se
nazývá karbonyl oxid. V dalším kroku mechanismu se podíváme
na karbonylovou sloučeninu vlevo. Máme v ní dvojnou vazbu
mezi uhlíkem a kyslíkem. Kyslík má větší elektronegativitu
a posouvá elektronovou hustotu na sebe. Tím se na kyslíku vytváří
částečný záporný náboj. Uhlík proto ztrácí část
své elektronové hustoty, a získává tak
částečný kladný náboj. Vidíme, že máme částečně
záporný karbonylový kyslík vedle částečně záporného
kyslíku karbonyl oxidu. Samozřejmě že bude docházet
ke vzájemnému odpuzování. Proto karbonylovou sloučeninu převrátíme
a nakreslíme to celé znovu. Nakreslím převracenou karbonylovou
sloučeninu a původní karbonyl oxid. Karbonyl vlevo máme otočený a karbonyl oxid máme orientovaný stejně,
jak to bylo původně. Přidáme všechny volné elektronové
páry a formální náboje. Zde je záporný formální náboj,
zde je kladný formální náboj. Na tomto kyslíku jsou
dva volné elektronové páry. Budeme potřebovat více volného místa. Znovu si zopakujeme, že karbonylová
funkční skupina je polarizovaná. Kyslík je částečně záporný,
uhlík je částečně kladný. V dalším kroku reakčního mechanismu
bude docházet k nukleofilnímu ataku. Tento záporný kyslík bude atakovat
tento kladný uhlík v karbonylu. Kyslík vytváří vazbu s uhlíkem,
na uhlíku ale máme příliš mnoho vazeb, proto se tyto elektrony pí vazby
přemístí sem na tento uhlík. To vyvolá přesun těchto pí elektronů
vazby uhlík-kyslík na tento kyslík. Znovu tu máme pohyb
velkého množství elektronů. Pojďme se podívat na pohyb
každého elektronu zvlášť a nakreslit výsledek
tohoto reakčního kroku. Zde máme tento uhlík,
který má vazbu s kyslíkem. Tento kyslík má vazbu s uhlíkem,
který předtím patřil karbonyl oxidu. Tento uhlík má dva substituenty
a má vazbu s kyslíkem. Tento kyslík se vázán s dalším kyslíkem,
který je vázán na první uhlík. Doplníme volné elektronové páry. Každý kyslík teď má přesně dva
volné elektronové páry. Pojďme se podívat zvlášť
na každý elektronový pohyb. Nejprve se podíváme
na tyto modré elektrony. Elektrony na záporně nabitém
kyslíku provádí nukleofilní atak na tomto karbonylovém uhlíku
a vytváří novou vazbu uhlík-kyslík. Tato modrá vazba
představuje modré elektrony. Podíváme se na červené
pí elektrony karbonylové vazby. Tyto elektrony budou vytvářet vazbu
mezi tímto kyslíkem a uhlíkem. A tyto pí elektrony se z karbonyl
oxidu přemístí na tento kyslík. Získali jsme takovouto strukturu. Tohle je všechno
k prvnímu kroku mechanismu, kterým je adice ozonu na výchozí alken. Teď už můžeme pokračovat
dále a přidat dimethylsulfid. Nakreslíme strukturu dimethylsulfidu. Máme atom síry, který je vázaný
se dvěma methylovými skupinami. Síra má dva volné
elektronové páry. Jeden z těchto volných elektronových
párů bude atakovat tento kyslík. Elektronový pár atakuje kyslík. A znovu máme slabou
vazbu kyslík-kyslík. Znázorníme tuto slabou
vazbu kyslík-kyslík. Zde je tato vazba,
která se bude štěpit. Tyto elektrony se
budou přemísťovat sem. Na tomto uhlíku bude příliš mnoho vazeb,
proto tyto červené elektrony přejdou sem. A tyto modré elektrony
přejdou na tento horní kyslík. Pojďme to nakreslit. K čemu dojde? Vlevo budeme mít atom uhlíku,
který má dvojnou vazbu s tímto kyslíkem. Tento kyslík má dva
volné elektronové páry. Tento uhlík vpravo má
dvojnou vazbu s kyslíkem a také má další dva substituenty
z původní dvojné vazby. Síra teď má vazbu s kyslíkem,
který má nyní tři volné elektronové páry, čímž získává formální
náboj roven minus jedna. Síra je dále vázaná
se dvěma methylovými skupinami a má jeden volný elektronový pár. Proto má atom síry
formální náboj plus jedna. Pojďme nakreslit rezonanční
vzorec pro atom síry. Tyto elektrony
můžeme přesunout sem. Nakreslíme rezonanční strukturu a získáme síru, která má
dvojnou vazbu s kyslíkem, vazbu se dvěma methylovými skupinami
a jeden volný elektronový pár. Možná jste poznali, že se jedná o DMSO,
neboli dimethylsulfoxid. Vzniklo nám tedy DMSO a zároveň
jsme získali dvě karbonylové sloučeniny. V závislosti na struktuře výchozí látky
můžeme získat aldehyd nebo keton. Takže dochází ke vzniku
aldehydů nebo ketonů. Podíváme se na pohyb elektronů. Tyto červené elektrony vlevo se přemístily
na karbonylovou sloučeninu. Zelené elektrony vlevo se přemístily
na druhou karbonylovou sloučeninu. Ve výsledku tohoto dlouhého mechanismu
jsme získali směs aldehydů a ketonů. Pojďme vyzkoušet tuto reakci
na jednom příkladu, abyste tuhle reakci uměli použít. Podíváme se na alken. Zde máme výchozí alken. V prvním kroku budeme
přidávat k alkenu ozon, O₃. Ve druhém kroku použijeme
dimethylsulfid, neboli DMS. Ukážeme si jednoduchý způsob
uvažování o této reakci. Překreslím výchozí látky. Víme, že bude docházet
ke štěpení dvojné vazby. A víme,
že štěpení nastane v tomto místě. Na dvojné vazbě máme methylovou
skupinu a zde máme vodík. Vlevo jsme nekreslili atom vodíku,
ale víme, že tam je. Dvojnou vazbu budeme
štěpit v tomto místě. Jeden ze způsobů je
smazat tuhle část. Proto smažeme tuhle dvojnou vazbu
a přidáme kyslíky ke každému uhlíku. Přidáme sem kyslík. A také přidáme kyslík sem dolů. Nevypadá to moc přehledně,
proto to raději překreslíme. Dole máme karbonyl sloučeninu,
která je ketonem. Nahoře máme aldehyd. To je výsledný produkt reakce. Není to nejjednodušší
způsob jak to nakreslit. Pojďme to překreslit
do trochu lepší podoby. Nakreslíme rovný uhlíkový řetězec. Kolik máme dohromady uhlíků? Máme jedna, dva, tři,
čtyři, pět, šest uhlíků. Trochu narovnáme naši molekulu. První uhlík, na druhém máme keton. To jsou dva uhlíky. Tři, čtyři, pět, šest uhlíků. Zde máme aldehyd. Tohle je aldehyd,
což je tento uhlík na struktuře nahoře. Dohromady máme sedm uhlíků. Jedna, dva, tři, čtyři,
pět, šest, sedm. Tato reakce vede ke vzniku
aldehydu a ketonu. Ale buďte opatrní
s druhým reakčním krokem, jelikož lze použit různá činidla,
která působí jinak.