Porovnávání reakcí E2 E1 SN2 SN1

V tomto videu bych se chtěl pokusit ujasnit jaký typ reakce nebo reakcí se vyskytne, jestliže máme... Co je to? Jedna, dva, tři, čtyři, pět a je to cyklus. Toto je bromcyklopentan. Když máme bromcyklopentan v roztoku a naše rozpouštědlo je dimethylformamid. Setkáte se také se zkratkou DMF. Zde jsem nakreslil jeho vzorec, abychom viděli, o jaký typ rozpouštědla jde. A dále máme v našem roztoku methoxidový ion. Pojďme se zamyslet, jaký typ reakce by mohl nastat. Abychom výběr zúžili, budeme brát v úvahu poslední čtyři reakce, které jsme probírali. Takže by to mohla být Sn2 reakce, Sn1 reakce, E2 reakce, nebo E1 reakce. Podíváme se na vodítka a uvidíme, co by se mohlo stát, a nakreslíme mechanismus jak přesně k tomu dojde. Takže nejprve, protože známe rozpouštědlo a další věci v roztoku, se zamyslíme nad tím, jak by mohly ovlivnit reakci. Když se podíváte na rozpouštědlo... kdykoli děláte tyto typy reakcí, je dobré se nad tím zamyslet. Je protické nebo ne? Protické znamená, že má vodíky, které mohou být uvolněny nebo že jejich elektrony odtrhnuté a tyto protony pak mohou plavat okolo. Když se podíváme sem, máme tu vodíky ale všechny jsou na uhlících. A uhlík by těžko ukradl vodíku elektrony a nechal je jen tak létat okolo. Uhlík na to není dost elektronegativní. Kdybyste měli vodíky navázané na kyslík, to už by byla jiná otázka. Pak byste měli protické rozpouštědlo. V tomto případě jsou všechny vodíky vázané na uhlíky, jejich elektrony tedy nemohou být odtrženy, nebudou plavat okolo jako volné protony. Takže toto je aprotické rozpouštědlo. Tohle jsme trochu probírali při Sn2 a Sn1, zde platí stejná pravidla. Aby nastala Sn2 nebo E2 reakce, musíte mít buď silný nukleofil nebo silnou bázi, jedna látka může být obojí, ačkoli ne vždy se to stane. To už jsme si říkali dříve. Kdybyste měli protické rozpouštědlo, stabilizovalo by silnou bázi nebo silný nukleofil. Volné protony by s nimi reagovaly. Vzaly by si totiž elektrony ze silné báze nebo ze silného nukleofilu. Takže abyste měli Sn2 nebo E2, nesmí okolo létat volné protony, musíte mít aprotické rozpouštědlo. Takže toto aprotické rozpouštědlo bude upřednostňovat Sn2 nebo E2. V hlavě už myslíme na Sn2 nebo E2 reakci, pojďme se zamyslet na reaktanty. Zde máme methoxidový ion. A pojďme se zamyslet jestli je silný nebo slabý... Nejprve zjistíme jestli je silný, či slabý nukleofil. Ve skutečnosti je to velmi silný nukleofil. To by nás navedlo na reakci Sn1 Pardon, na reakci Sn2. Máme dva údaje vedoucí k Sn2, protože víme, že se to tam musí prostě vejít a být aktivní. Není to moc velká molekula, takže se tam vejde. Ale také je to extrémně silná báze, dokonce silnější než hydroxid. Takže je to extrémně silná báze, která nás může navést... Respektive ukazuje, že se bude jednat o E2 reakci. Poslední věc, na kterou musíme myslet, je uhlík, ze kterého odchází odstupující skupina. A okamžitě, když se kouknete na bromcyklopentan, vidíme, že je tam jen jedna funkční skupina, a to je brom právě tady. Je navázán na tento uhlík. Ten bychom mohli nazvat alfa uhlík a je to sekundární uhlík. Tady ten uhlík je navázán na jeden, dva další uhlíky. Tento alfa uhlík... Nakreslím to takhle. ...tento alfa uhlík je sekundární uhlík, a to nám neusnadňuje rozhodování. Kdyby to byl methyl nebo primární uhlík, upřednostňoval by Sn2. Tím myslím, že u methylu, jediné, co může být, je Sn2. A kdyby to byl terciální uhlík, nastala by Sn1 nebo E2, protože by vznikal stabilní karbokation. Odstupující skupina by prostě mohla odstoupit. A kdyby tady byl ještě jeden uhlík, byl by velmi stabilní. Ale v této situaci je to sekundární uhlík s vazbou na dva uhlíky. To je trochu neurčité. Každá z těchto reakcí by mohla nastat. Když se podíváme na všechny další ukazatele, naznačují Sn2 nebo E2. Máme silný nukleofil / bázi. Máme aprotické rozpouštědlo. Bude to Sn2 nebo E2 reakce. Pojďme si je tedy nakreslit. Začnu s Sn2. Nakreslím to oranžově. Takže kdybychom měli Sn2... Nakreslím tu molekulu. Cyklopentan... Nakreslím to tak, jako jsem to měl nahoře. Aby pětiúhelník směřoval nahoru. A zde máme brom. A tady je methoxidový iont. Tedy CH₃O⁻. Můžeme to také nakreslit tak, že tento kyslík má jeden, dva, tři, čtyři, pět, šest, sedm valenčních elektronů se záporným nábojem. Jeden z těch elektronů, tenhle, může útočit na substrát, právě sem, na uhlík. Ve chvíli, kdy se to stane, je brom zároveň schopný odtrhnout z toho samého uhlíku elektron. A pak nám zbyde... z bromu vznikne bromidový anion. Původně měl jeden, dva, tři, čtyři, pět, šest, sedm valenčních elektronů. Jeden, dva, tři, čtyři, pět, šest, sedm. Teď si jeden vzal navíc, a vznikl bromid. Teď má záporný náboj. A kdybychom nakreslili ten uhlíkatý řetězec, vypadal by takto. Mohl bych to nakreslit z této strany, nebo z téhle, aby to útočilo z opačné strany. Toto je achirální substrát, takže nemusíme být příliš pečliví v kreslení vazeb na uhlíku. Dokonce ani neřešíme, jestli něco míří dopředu nebo dozadu. Máme methoxidový ion, teď je vlastně navázaný, takže už to není ion, Je to OCH₃. Navázal se na tento uhlík. Tento uhlík měl jeden vodík, který zde nekreslíme. No a takhle rychle jsme vyřešili Sn2 reakci. To je mechanismus. A teď, co je E2 reakce. Abychom E2 udělali správně, odůvodnili jí, musíme nakreslit vodíky. Takže E2 reakci budu kreslit modře. Nakreslím cyklopentan. A nakreslím ho velký. I když tady není tak důležité ho kreslit velký. Takže tady nakreslím pětiúhelník. Tohle je brom, tři, čtyři, pět, šest a pak má sedmý valenční elektron tady. Tohle je alfa uhlík. Jsou zde také dva beta uhlíky tady a tady. Každý z nich má na sobě dva vodíky. Vím, že to začíná být špatně čitelné. Každý má na sobě dva vodíky. A v E2 reakci bude silná báze reagovat... Trochu to vyčistím. Smažu ty bety. Bety to dělají trošku umazané. Každý z uhlíků má na sobě dva vodíky. Tak a v E2 reakci, ta silná báze... Tady se methoxidový ion choval jako silný nukleofil. Při E2 se zachová jako silná báze. Utrhne vodík z jednoho z těch beta uhlíků. Asi byste řekli: Dobře ale z kterého? Možná podle Zajcevova pravidla? Tady na tom nezáleží. Molekula je symetrická. Oba beta uhlíky jsou navázané na další dva uhlíky. Oba mají stejný počet vodíků. Bude to vlastně náhodné, který z nich přijde o vodík a vy nepoznáte rozdíl, protože je to symetrické. Takže to nakreslíme takhle. Nakreslím methoxidový ion. Jeden, dva, tři, čtyři... Spíš bych měl říct anion. ...pět, šest. A pak má jednu vazbu na CH₃. Nese záporný náboj, je tedy velmi, velmi, velmi silnou bází. Může přijít sem, utrhnout si vodík a nechat tam vodíkový elektron. Udělám to barevnější. Takže tento elektron může být předán vodíku a vytvoří s ním vazbu. Vodíkový elektron... Použiji nějakou vhodnou barvu. ...vodíkový elektron, který se nachází tady, může být předán alfa uhlíku. Může být teď předán alfa uhlíku za vzniku dvojné vazby. Takže teď alfa uhlík dostává elektron a brom může odstoupit. Je to dobrá odstupující skupina. Další věc, kterou jsme měli předtím zvážit. Jenže dobrá odstupující skupina může být ve všech reakcích: Sn2, E2, Sn1, E1. Takže uhlík dostává elektron a potom si brom si může vzít tenhle elektron z alfa uhlíku. To vše v jednom kroku, to je typické pro E2 a Sn2 reakce. Všechny jsou součástí rychlost určujícího kroku a ten je zde opravdu jen jeden. A tak se stane, že nám zbyl methoxidový ion, který si vzal vodík, a stal se z něj tedy methanol. Nakreslím to. Takže je z něj methanol. Měl jeden, dva, tři, čtyři a pět, to je tenhle tady, ale pak tenhle elektron jde a vytvoří vazbu s vodíkem. Takže tenhle elektron jde a vznikne vazba s vodíkem, takto. A vodík nechal svůj elektron na uhlíku. Teď nakreslím ten cyklopentan. Předtím vypadal takhle, když se soustředíme jen na cyklus. Tenhle uhlík měl navázaný vodík. Měl vazbu s vodíkem tady, ale teď elektron z té vazby bude použitý na tvorbu vazby s tímto alfa uhlíkem. Nakreslím ten alfa uhlík. Takže alfa uhlík je zde. Na každém z těchto zlomů je uhlík. A teď vznikne dvojná vazba s alfa uhlíkem. Mohli bychom to nakreslit takhle, dvojná vazba. Tady je samozřejmě další uhlík. Tady bych mohl dopsat další uhlík. A vznikne ta dvojná vazba. A bromid odstoupil. Vzal s sebou elektron z uhlíku, ten ho teď už nepotřebuje. Už předtím si ho přitahoval, protože je hodně elektronegativní. Takže to je brom. Bere si oranžový elektron. A je z něj bromid. A máme to. Abychom se vrátili zpět k původní otázce, která reakce proběhne nebo podle kterého mechanismu? Ve skutečnosti proběhne Sn2 i E2. Dostanete směs těchto reakcí, protože máte podmínky, které umožňují obě. Takže proběhnou oba tyto mechanismy. Oddělím je tu. Zde je Sn2 reakce. Měli byste Sn2 reakci probíhající ve vaší vialce, hrnci, nebo v čemkoli, a zároveň by probíhala i E2 reakce. Takže byste pozorovali tyto produkty i tyto produkty.