Redukce alkynů

V tomto videu se podíváme na dva způsoby redukce alkynů. První reakci jsme už jednou viděli. Jde o hydrogenaci a my už víme, že hydrogenací alkenů dostaneme alkany. V tomto případě budeme hydrogenovat alkyny, abychom dostali alkeny. Pro provedení hydrogenace potřebujeme vodíkový plyn, čili H₂. Dále také kovový katalyzátor. Budeme speciální druh katalyzátoru - Lindlarovo palladium. Bude katalyzovat redukci alkynu nalevo na alken napravo. Reakce alkenu na alkan dole je pomalá. Dokonce tak pomalá, že je možné ji zastavit, pokud chceme skončit na alkenu. V této reakci dojde k vytvoření cis-alkenu. Jde o syn-adici vodíků. Oba vodíky se připojí na stejnou stranu kvůli mechanismu hydrogenace. Pro více detailů se můžete podívat na předchozí video o hydrogenaci alkenů. Takže Lindlarovo palladium je otrávený katalyzátor a zredukuje alkyn na alken. Vzniká cis-alken. Takto tedy můžeme vytvořit cis-alken. Nyní se podíváme na to, jak vzniká trans-alken. Jak zredukovat alkyn, aby vznikl trans-alken? Tady máme alkyn s trojnou vazbou. Přidáme k němu kovový sodík a kapalný amoniak. Tím dojde k vytvoření trans-alkenu. V tomto případě se vodíky připojí každý z jiné strany. Toto je tvorba trans-alkenu. Ke vzniku trans-alkenu dochází anti-adicí vodíků. Přicházejí z opačných stran. Podívejme se na mechanismus vzniku trans-alkenu. Začnu s alkynem. Nakreslím si sem uhlíky a nalevo dám R-skupinu. Sem dám R s čárkou, abychom ji odlišili od této skupiny. Začneme se sodíkem, který má 1 valenční elektron, protože patří do 1. skupiny. V prvním kroku mechanismu daruje sodíkový atom svůj valenční elektron alkynu. Při popisu pohybu jednoho elektronu používáme poloviční šipky. Ukážeme si přesun tohoto elektronu sem. Je to jen jeden elektron, takže použijeme poloviční šipku, ne úplnou. Jedna z těchto vazeb mezi uhlíky se přeruší. Jeden z těchto elektronů se přesune na tento uhlík a druhý se přesune na tento uhlík nalevo. Nakreslíme si výsledek pohybu těchto elektronů Máme zde zbytek R, z trojné vazby mezi uhlíky se stala dvojná a tady je R'. Uhlík napravo si vzal elektron od sodíku a také elektron z přerušené vazby. Nyní má dva elektrony navíc, ty mu dávají dohromady záporný náboj −1. Je to karbanion. Tady je anion. Uhlík nalevo si vzal jeden elektron z přerušené vazby a stal se z něj radikál. O těch jsme ještě nemluvili. Vlastně jsme vytvořili radikál-anion. Napíšeme si to, je to radikál-anion. Radikál, protože má jeden nepárový elektron. A ve stejné molekule je i karbanion. Máme tyto elektrony, které jsou velmi blízko sebe, alespoň tak, jak jsme je nakreslili, Víme, že elektrony mají záporný náboj, takže se budou odpuzovat. Pro molekulu není tato konformace moc stabilní. Tyto elektrony se budou odpuzovat a budou se snažit dostat co nejdál od sebe. Takže co se stane? Máme zde dva uhlíky a řekněme, že tyto elektrony zůstanou na této straně. Tyto elektrony se přesunou na opačnou stranu. Budou se snažit dostat co nejdál od sebe, jak to jde. A to samé se stane s těmito R skupinami. Tato R skupina se bude snažit dostat co nejdál od R', jak to půjde. Tato trans-konformace je stabilnější. Toto je náš záporně nabitý karbanion. V dalším kroku mechanismu dojde i na přítomný amoniak. Nakreslíme si molekulu amoniaku, která tu plave okolo. Toto je tedy molekula amoniaku. Karbanion se bude chovat jako báze a vezme si proton z této molekuly amoniaku. Tento volný elektronový pár vytvoří novou vazbu s tímto protonem a tyto elektrony přeskočí na dusík. Nakreslíme si výsledek této acidobazické reakce. Nyní máme dva uhlíky, s R zbytkem tady a R' tady. A nyní máme uhlík napravo navázaný na proton. Je takto navázaný na vodík. Tady dole je ale stále radikál, takže na tomto uhlíku je také jeden elektron. Takže jaký je další krok našeho mechanismu? V reakci je přítomno spoustu sodíku. Tady je atom sodíku s jedním valenčním elektronem. Tento sodík daruje tento elektron tomuto uhlíku. Použijeme poloviční šipku, abychom ukázali pohyb jednoho elektronu. Tento sodíkový atom dá tomuto uhlíku svůj valenční elektron. Výsledkem bude dvojná vazba mezi dvěma atomy, R skupina a vodík a R'. Tento uhlík má v okolí jeden elektron. Další elektron si vezme ze sodíkového atomu. Takto získá formální náboj −1. Tento uhlík má nyní záporný náboj −1. Záporný náboj si nakreslíme. Je to karbanion. Znovu tu máme molekulu amoniaku, kterou si nakreslíme, jak plave kolem. NH₃ Stane se to samé, co předtím. Tento záporný náboj si vezme proton. Zachová se jako báze. Tyto elektrony přeskočí na dusík. Naprotonujeme náš karbanion, a tím je mechanismus dokončen. Nyní máme dvě R skupiny naproti sobě. Přidali jsme také dva vodíky na opačné strany. Vznikl trans-alken. Toto je tedy mechanismus pro tvorbu trans-alkenu. Podívejme se na několik příkladů. Začneme s tímto alkynem. Uhlík je navázaný trojnou vazbou na další uhlík a na každou stranu dáme methylovou skupinu. Ukažme si pár různých reakcí s touto výchozí látkou. První reakcí je klasická hydrogenace s vodíkovým plynem. Jako katalyzátor použijeme platinu. To není otrávený katalyzátor, je to normální katalyzátor. Nejdříve dojde k redukci alkynu na alken. Jelikož reakci nemůžeme nijak zastavit, zredukuje i alken na alkan. Dojde k redukci alkynu až na alkan. Pokud se vrátíme na začátek, vzpomeneme si, že otrávený katalyzátor zastaví reakci ve stádiu alkenu. Pokud ale není otrávený, bude hydrogenovat alkyn až alkan. Touto reakcí vznikne alkan. Nakreslíme si produkt. Víme, že výchozí látka má čtyři uhlíky. Čtyři uhlíky tu budou po dokončení reakce. Tyto dva uhlíky uprostřed řetězce se přemění na dvě CH₂. Na každé straně budeme stále mít naše CH₃. Produktem této reakce bude butan. Nyní použijeme vodíkový plyn a jako katalyzátor Lindlarovo palladium. Tohle je náš otrávený katalyzátor. Zredukuje alkyn jen na alken a pak se reakce zastaví. Musíme se zamyslet, jaký typ alkenu dostaneme. Dostaneme cis-alken. Pokud nakreslíme tyto dva vodíky ze stejné strany, máme methylové skupiny, které směřují takhle. Obě methylové skupiny budou na stejné straně, jelikož dostaneme cis-alken. Uděláme ještě jeden příklad se stejnou výchozí látkou. Tentokrát použijeme sodík a kapalný amoniak jako rozpouštědlo. Zapamtujeme si, že toto zredukuje alkyn na alken. Vznikne trans-alken jako produkt. Při kreslení produktu se ujistíme, že vodíky jsou na opačných stranách. To se stane díky reakčnímu mechanismu. Dvě methylové skupiny jsou také na protilehlých stranách. Musíme se podívat zblízka na to, s čím substrát reaguje. Je to normální hydrogenace? Je to hydrogenace s otráveným katalyzátorem, při které vznikne cis-alken? Nebo je to redukce se sodíkem v amoniaku, která dává trans-alken?