Birchova redukce I

V tomto videu se budeme věnovat obecnému mechanismu Birchovy redukce. Začínáme s benzenovým jádrem, ke kterému přidáváme alkalický kov, například sodík, dále přidáváme kapalný amoniak a alkohol. Výsledkem je redukce benzenového jádra za vzniku 1,4-cyclohexadienu. Podíváme se na mechanismus této Birchovy redukce. Víme, že se sodík nachází v první skupině periodické soustavy, a proto má jeden valenční elektron, který označíme purpurovou barvou. Na začátku mechanismu sodík poskytne svůj valenční elektron benzenovému jádru. Přesun tohoto jednoho elektronu můžeme ukázat pomocí poloviční zahnuté šipky. která ukazuje, že se jeden elektron přemístil na tento atom uhlíku. Dále bude docházet k přemístění některých elektronů v benzenovém jádře. Tyto pí elektrony, které jsme označili červeně, jsou dva. Zvýrazníme si tyto dva elektrony. Tyto elektrony se také budou přemísťovat. Tento elektron přejde sem na tento uhlík a tento druhý červený elektron přejde sem. Pojďme ukázat začátek pohybu těchto elektronů. Pak přemístíme ještě více elektronů, ale budeme to dělat opravdu po malých částech, aby to bylo možné sledovat. Na benzenovém jádře máme atomy vodíků, rychle je nakreslíme. Tyto pí elektrony zůstanou na místě během mechanismu. Dále zvýrazníme purpurový elektron, který pochází ze sodíku, a který zůstal na tomto uhlíku. Jeden z červených elektronů se také přemístil na tento uhlík. Ukážeme zde ten červený elektron. Tento uhlík získal formální náboj minus jedna, takže celá tato sloučenina je karbaniontem. Jeden z těchto červených elektronů se přemístí na toto místo, a dále také ukážeme pohyb těchto zelených elektronů. Zvýrazníme to. Tady je první a druhý elektron. Jeden z nich přejde na stejné místo, kam přešel tento červený elektron. Druhý elektron přejde na tento uhlík. Pokusíme se to nakreslit. Jeden se přemístil sem, druhý se přemístil na tento uhlík. Tento červený a zelený elektron vytvořily novou pí vazbu. Vytvořili jsme takzvaný radikál anion. Tohle je radikál anion. Je to radikál, protože má ten zelený nepárový elektron. Je to anion, protože na tomto horním uhlíku máme náboj minus jedna. Zapomněli jsme přidat sem vodík, takže jej pojďme sem dokreslit. V druhém kroku našeho mechanismu přichází molekula alkoholu. Tento výchozí alkohol bude fungovat jako kyselina, zatímco radikál-anion bude fungovat jako báze kvůli formálnímu náboji minus jedna. Takže tyto elektrony převezmou proton z alkoholu, proto se tyto elektrony přemístí na tento atom kyslíku. Pojďme nakreslit výsledek této acidobazické reakce. Máme tu tyto pí elektrony, a na horním uhlíku máme dva vodíky. Na každém dalším uhlíku máme jenom jeden atom vodíku. A pořád máme radikál na dolním uhlíku. Naznačíme, že tento jeden elektron je na tomto uhlíku. Takže jsme získali radikál z radikál-aniontu. Je potřeba zdůraznit, že jak v radikálu, tak i v anion-radikálu je elektronová hustota delokalizovaná přes celé aromatické jádro. Teď ale kreslíme lokalizované vazby, abychom znázornili pohyb konkrétních elektronů. Zvýrazníme tyto dva elektrony. Červený a purpurový elektron vytvořily vazbu uhlík-vodík s tímto novým protonem. V dalším kroku mechanismu probíhá reakce s druhým atomem sodíku. Nakreslíme to. Sodík má pouze jeden valenční elektron. Sodík bude poskytovat tento jeden nepárový elektron aromatickému jádru, konkrétně tomuto uhlíku, na kterém je teď zelený elektron. Nakreslíme výsledek tohoto kroku. Nakreslíme aromatický kruh, na něm pí elektrony, poté dva vodíky na horním uhlíku. A na ostatních atomech máme jeden vodík. Na spodním uhlíku také byl původně jeden vodík, a následně jsme přidali purpurový elektron ze sodíku, čímž na tomto uhlíku vznikl náboj minus jedna. Znovu jsme získali karbanion. Posledním krokem mechanismu je acidobazická reakce vzniklého aniontu s druhou molekulou alkoholu. Karbanion funguje jako báze a přijímá proton z alkoholu. Stejný krok, který už jsme viděli v tomto mechanismu. Nakreslíme konečný produkt reakce. Máme zde pí elektrony. Horní uhlík měl dva vodíky, boční uhlíky měli jeden vodík a teď má spodní uhlík také dva vodíky. Tyto dva elektrony přijmou proton, čímž jsme naprotonovali karbanion. Produktem je 1,4-cyklohexadien. Jednoduchou cestou jak správně nakreslit mechanismus Birchovy redukce je rozdělit mechanismus na tyto čtyři kroky, které jsou docela jednoduché. V prvním kroku sodík poskytuje elektron, zapamatujeme si klíčové slovo elektron. V druhém kroku anion přijímá proton, proto zde klíčovým slovem proton. Ve třetím kroku sodík znovu poskytuje elektron. Tento krok je zase spojen s elektronem. A konečně v posledním kroku anion přijímá proton, takže znovu proton. Vzorec je tedy elektron, proton, elektron, proton. Jednoduchý způsob, jak si zapamatovat Birchovu redukci. V dalším videu se budeme věnovat případu Birchovy redukce, když budeme mít substituované benzenové jádro. Probereme dva různé případy, které můžete potkat v testech.