E2 елиминиране: заместени циклохексани

Ще разгледаме механизма Е2 за заместени циклохексани. Основното е да разгледаш конформациите стол. Например да разгледаме този заместен циклохексан отляво и първо да опитаме да решим задачата без да разглеждаме конформацията стол. Ще започна с това, че хлорът е свързан с алфа-въглерода, а въглеродите, свързани директно с алфа-въглерода, са бета-въглероди. Тук отдясно има бета-въглерод, който ще означа като бета едно, бета-въглеродът отляво ще бъде бета две. Знам, че натриевият метоксид е моята силна основа. Етоксидният анион ще отнеме протон от един от тези бета-въглероди и ще се образува двойна връзка между алфа-въглерода и един от тези бета-въглероди. Хлорът ще се отдели като хлориден анион, ще се образува двойна връзка между алфа- и бета едно въглерода. Поставям тук двойна връзка. Сега хлорът се е отделил, но все още имам тази метилова група, която се отдалечава от нас в пространството, значи СН3. Това е един възможен продукт. Но може да се сетиш, че може също така да има двойна връзка между алфа-въглерода и бета две въглерода, затова ще направя двойна връзка тук, а метиловата група този път ще е направо, и може да си помислиш, че това е един вероятен продукт. Но когато разгледаш конформациите стол, ще осъзнаеш, че този продукт не може да се получи, този продукт не е установяван, затова получаваш този тук и нека да видим защо. Първо да номерираме циклохексановия пръстен, спомни си, че когато номерираме циклохексанов пръстен в конформация стол, не е задължителна номенклатурата на IUPAC. Използваш номерата така, както ти е необходимо, за да начертаеш подходящата конформация стол. Затова ще започна с хлора като номер едно, после отивам надясно, две, три, въглерод четири, въглерод пет и въглерод шест. Това не го номерираме. Опитваме се просто да получим конформация стол, така че при конформацията стол тук долу виждам винаги този въглерод като едно, тук трябва да е хлорът. Хлорът е нагоре при въглерод едно, така че имам само един вариант. Хлорът е нагоре аксиално, и ако обиколя до въглерод шест, това тук е въглерод едно, две, три, четири, пет и шест, имам метилова група, която се отдалечава в пространството, значи това отива надолу, ще запиша 'Ме' за метиловата група тук, която е надолу аксиално. Сега да поставим няколко водорода при бета-въглеродите, като ще оцветя. Нашите бета-въглероди. Ще използвам червено. Тук означавам бета едно, имам два водорода при този въглерод, които ще поставя тук. После при другия бета-въглерод, който означих горе като бета две, имам само... значи това е бета две. Имам само един водород, който е екваториално разположен. Сега да видим модела и да анализираме кой от тези протони ще участва в механизма Е2. Това е конформацията стол и виждаш, че при алфа-въглерода имаме жълт хлор, разположен аксиално нагоре. При бета едно въглерода водородът в зелено е само един, той е анти-перипланарно спрямо халогена. Ако обърна настрани, е по-лесно да се види, че всичките четири атома са в една равнина, така че зеленият протон е антиперипланарно на хлора. Другият водород, този в бяло, не е антиперипланарно, затова той няма да участва в механизма Е2. Отиваме при въглерод бета две, и този водород в бяло не е антиперипланарно разположен, а когато погледнем надолу към аксиалната позиция, тя е заета от метилова група, точно там, където трябва да е водородът, ако участваше в реакцията Е2. За реакция на елиминиране Е2 при циклохексаните халогенът трябва да е разположен аксиално, ето го тук нашият халоген, който е аксиално разположен при тази конформация стол, а единственият водород, който е антиперипланарно разположен, е този тук в зелено, както видяхме с модела. Ако се приближи молекула на силна киселина и отнеме протона в зелено, тези електрони тук ще се преместят и ще се образува двойна връзка, а тези електрони ще напуснат с хлора. Така че се образува двойна връзка между алфа и бета едно въглеродите, при което се получава единственият продукт. Не се образува двойна връзка между алфа и бета две въглеродите, защото е необходимо да имаме водород там, където е метиловата група, така че ако имахме тук водород, той щеше да е антиперипланарен спрямо халогена. Но в този случай получаваме само един продукт, това е единственият доказан продукт, и ние установихме защо е така, когато направихме конформацията стол. Да разгледаме и други механизми Е2 за заместен циклохексан, като ще започна с номерирането на циклохексана. Това е въглерод едно, това е въглерод две, въглерод три и въглерод четири. Отново, номерирането не е съгласно номенклатурата. То просто ни помага за конформацията стол, така че означавам това като въглерод едно, трябва ми метилова група, която отива нагоре, което означава, че метиловата група е аксиална. При въглерод три ми трябва хлор, който отива надолу, значи това е въглерод две, това е въглерод три, което означава, че хлорът е надолу екваториално. После при въглерод четири имаме изопропилова група, която отива надолу. Значи това е въглерод четири, а надолу означава, че изопропиловата група е разположена надолу аксиално. При реакция на елиминиране Е2 при циклохексаните халогенът трябва да е аксиално разположен, но тук халогенът е разположен екваториално, затова трябва да мислим за обръщане на пръстена. Тук отдясно е другата конформация стол, тук това е въглерод едно и метиловата група, която е нагоре аксиално във формулата отляво, трябва да е екваториално за конформацията отдясно. Това е въглерод две, това е въглерод три. Трябва ми хлор, който е надолу, тук отляво хлорът е надолу екваториално. При конформацията стол отдясно той ще бъде надолу аксиално. После при въглерод четири трябва да сложа изопропилова група надолу. Отляво изопропиловата група е надолу аксиално. Отдясно ще бъде надолу екваториално, а сега хлорът е аксиално. Това тук е моят алфа-въглерод и мога да определя бета-въглеродите. Въглеродите в съседство с алфа-въглерода са: това е бета-въглерод, който ще означа като бета едно. Тук има бета-въглерод, който ще означа като бета две. Сега да видим водороди, които са антиперипланарно разположени при тези бета-въглероди. Тук има водород при този бета едно, който е антиперипланарен. При бета две също има водород, който е разположен антиперипланарно. Това са протоните, които ще бъдат отнети при тази реакция, но преди да напиша продуктите, да видим коя от тези конформации е по-стабилната, което сме правили в предишни видео уроци. Знаем, че обемистите групи трябва да са екваториално навън, а тук най-обемистата група е тази изопропилова група. По-стабилно е, когато тя е навън и настрани. Когато тази изопропилова група е аксиално разположена, има голямо взаимодействие с други групи от пръстена, така че конформацията отдясно е по-стабилната. Сега да видим демонстрация с модел. При въглерод едно имам метилова група нагоре аксиално. Това е въглерод две, това е въглерод три, където хлорът е надолу екваториално. При въглерод четири имаме изопропилова група надолу аксиално, но виждаш цялото стерично напрежение, което дестабилизира тази конформация. Това е най-малко стабилната конформация, затова обръщаме пръстена, което е трудно с този модел, но ще направя приблизително другата конформация стол. Тук при въглерод едно метиловата група сега е нагоре екваториално. При въглерод три халогенът е надолу аксиално, а при въглерод четири обемистата изопропилова група е екваториално и настрани. Въглеродът, който е свързан с халогена, е алфа--въглеродът, до него ще бъде бета-въглерод и този бета-водород е разположен антиперипланарно спрямо халогена. Тук имаме друг бета-въглерод, с друг водород, който е антиперипланарен спрямо халогена. Сега да напишем нашите два продукта. Вземаме протон от позиция бета едно, нашата основа... ще я напиша тук, силната основа отнема този протон, и тези електрони се преместват тук, като се образува двойна връзка, а тези електрони идват при хлора и се образува хлориден анион като напускаща група. Тук се образува двойна връзка между въглерод две и въглерод три, това е въглерод едно, това е въглерод две, това е въглерод три и това е въглерод четири, така че имаме метилова група при въглерод едно. Ще поставя тук метиловата група нагоре при въглерод едно, поставям я с удебелена черта. Щом това е въглерод едно, това ще бъде въглерод две, а това въглерод три, където ще се образува двойна връзка. Значи двойна връзка се образува между въглерод две и три, а при въглерод четири имаме тази изопропилова група надолу, която ще поставя тук, тя се отдалечава от нас, затова е с прекъсната линия. Това е единият продукт. Ако основата отнеме този протон, после електроните ще се преместят тук, а тези електрони ще напуснат с хлора. Ако отнемем протон от бета две въглерода, ще получим двойна връзка между въглеродите три и четири, ето това са въглерод три и четири. Поставям тук двойната връзка. Все още имам метилова група, която сочи нагоре при това, което ще означа като въглерод едно. Изопропиловата група е при въглерод четири, но досега този въглерод беше sp2-хибридизиран, трябва да поставя тази изопропилова група с права линия, но понякога учениците я поставят с удебелана черта или с прекъсната, но тук се опитваме да покажем планарната структура при този въглерод, така че ни трябва обикновена черта. И така, това са двата продукта. Да видим още един пример, където ще видиш този субстрат, който е много подобен на този от предишния пример. Единствената разлика сега е, че хлорът е с удебелена черта, а не с прекъсната, така че ако номерирам пръстена: едно, две, три, четири... Имам двете конформации стол, за да спестя време, значи това е въглерод едно, това е въглерод две, въглерод три и въглерод четири. В другата конформация стол това са въглерод едно, две, три, четири. Забележи, че в конформацията отляво хлорът е в аксиална позиция, затова това е алфа-въглеродът, а въглеродите до алфа-въглерода са бета-въглероди. Този отдясно е бета-въглерод и този отляво е бета-въглерод. Нужен ни е протон, който е разположен антиперипланарно, и единственият, който ни върши работа, е този водород ето тук. Ако основата отнеме този протон... Ще запиша силната основа, която отнема този протон, електроните ще дойдат тук, ще се образува двойна връзка. Тези електрони ще се отделят заедно с хлора, а двойната връзка ще е между въглерод две и три. Когато записваме продукта... Ще поставя тук един пръстен, при въглерод едно има метилова група нагоре, ще запиша СН3 нагоре, получената двойна връзка е между въглерод две и три. Значи това е въглерод едно, това е въглерод две, това е въглерод три. Поставям двойната връзка тук, а изопропиловата група отива надолу при въглерод четири. Ще поставя тук изопропиловата група, която отива надолу. Това е единственият продукт от реакцията. Нямаме други протони, които са антиперипланарни спрямо хлора. Когато разглеждаме двете конформации стол, при тази отляво всичките ни групи са аксиални, при тази отдясно всичките ни групи са екваториално. Тази отдясно е много по-стабилна, ето това е много по-стабилно, с всички тези обемисти групи, които сочат навън, което означава, че това е сравнително бавна реакция. Реакцията е бавна, защото равновесието е изтеглено към конформацията, в която обемистите групи са екваториално. Но при тази конформация не са изпълнени изискванията за протичане на реакция от тип Е2. При по-нестабилната конформация имаме водород, разположен антиперипланарно на хлора. Така че тази реакция е много по-бавна от тази, която разгледахме току-що. Да се върнем горе и да направим сравнение. Да видим тази реакция. За тази реакция по-стабилната конформация е тази, при която обемистите групи са екваториални, затова равновесието е изтеглено към тази конформация, а тази конформация е също тази, при която водородите са разположени антиперипланарно спрямо халогена. Затова тази реакция е по-бърза.