Правилото на Зайцев

Във видеото за реакциите Е2 показах как една силна основа, като всичко се случва едновременно, една силна основа отнема водород от този въглерод ето тук. Тя просто си взима протона за себе си. Тя не взима водорода заедно с неговия електрон. И после този електрон отива при този въглерод ето тук, и това позволява на въглерода да отдаде електрона, който образува връзка с хлора и който просто си отива заедно с хлора. Всичко това се случва едновременно. Хлоридът се елиминира. Тук вероятно може да се запиташ защо избирам този водород. Защо избирам точно този водород? Защо не взема този водород ето тук? И сега ще те запозная с малко терминология, както и с едно правило. И ще обясня защо хората считат, че това правило е в сила. Принципно въглеродът, който е свързан с функционална група, се нарича алфа-въглерод. Ще го означа. Този въглерод тук е алфа-въглерод. За да имаме реакция тип Е2, както видяхме във видеото за Е2 реакциите, но всъщност това важи и за реакциите от типа Е1. За да имаме реакция Е2, водородът трябва да бъде отнет от бета-въглерод. Бета-въглерод е този, който е отдалечен на едно място от алфа-въглерода. Значи това е бета-въглерод и това е бета-въглерод. И съвсем основателно можеш да си помислиш, че можем да отнемем водород от тук или от тук. Сега да разгледаме реакцията. Просто ще я препиша, за да можеш да си я представиш по-добре. Значи тук го отнехме от този бета-въглерод. Ще препиша реакцията, където отнемаме водорода от друг бета-въглерод. Искам да се виждат и двете реакции на екрана едновременно. Това е метоксидът. Имаме кислород, свързан с СН3, метилова група. Кислородът има седем валентни електрона: едно, две, три, четири, пет, шест, седем. Ще направя и седмия. Този, който ще се свърже с водорода, ще го направя зелен. Вместо да атакува този водород по-точно този протон, защото няма да вземе неговия електрон, той се насочва към този тук. Значи той отнема този протон или се свързва с този водороден протон, и после този електрон от водорода може да бъде придърпан от тази молекула, така че алфа-въглеродът ще образува двойна връзка с този бета-въглерод. Така че този алфа-въглерод получава този електрон. Той вече не се нуждае от този електрон, който е свързан с хлорната група, и ето защо той отива при хлора и се получава хлорид. Хлорът е много по-електроотрицателен. Той вече го е бил придърпал. Сега просто си го взима. И сега, когато всичко е казано и направено, да видим продуктите. Все още имаме метанол, точно както и в оригиналната реакция, защото това грабна този водород. Нека да го нарисувам. Имаме нашето ОСН3. Нека да ги покажа тук. Имаме тази двойка ето тук. Имаме тази двойка тук. И после имаме този лилав електрон, който сега е в двойка (връзка) с този зелен електрон, който сега е при водорода. Сега той е свързан с този зелен електрон, който остана при водорода. И да внимаваме да не забравим. Този кислород тук има седем валентни електрона, затова има отрицателен заряд. Неутралният кислород би имал шест. Така че има отрицателен заряд. Но сега, когато даде своя електрон на този водород, отново има неутрален заряд. Това е метанол. Точно това, което видяхме, когато за пръв път учихме за реакции Е1. Ние също така знаем за хлора, който взе този електрон. Той сега е хлориден анион. Нека да го нарисувам. И това е точно същото, като в първото видео за реакциите Е1. Сега това е хлориден анион. Той придърпа този оранжев електрон. Ще го направя оранжев. Той взе този оранжев електрон, така че сега има отрицателен заряд. Можеш да си представиш, че отрицателният заряд беше прехвърлен от метоксида на хлоридния анион. Този път различното е, че тази двойна връзка е между въглерод едно и въглерод две, а не между въглерод две и въглерод три. Сега ще изглежда така. Сега продуктът от реакцията ще изглежда ето така. Имаме този въглерод тук. Който е свързан с два водорода. Това сега е двойна връзка с този въглерод. Тук има двойна връзка, ще направя втората връзка. Ще направя пи-връзката на двойната връзка в лилаво ето тук. Приемам, че това е пи-връзка. Това е новообразуваната двойна връзка. И сега този въглерод, който е алфа-въглеродът, е ето тук. Това беше алфа-въглерод. Той е свързан с един водород. И ще добавя всичко останало. После имаме въглерод и въглерод. Този тук е свързан с три водорода. Можеше просто да напиша СН3. Този тук е свързан с два водорода. И сме готови. Вместо това, което видяхме в първото видео за Е2 реакциите, вместо да получим бута-2-ен, сега имаме... това все още са един, два, три въглерова, значи "бут-", но двойната връзка сега е при въглерод едно. Започваме от едно, две, три, четири... значи това е бут-1-ен или 1-бутен, казано по друг начин. Нека го наричаме бут-1-ен. Въпросът е кое е по-вероятно да се получи? И двете ли се получават? Дали има превес към едното? И отговорът е, че единият продукт се получава в по-голямо количество. Ето това тук е доминантният продукт. Ако трябва да извършиш тази реакция и да анализираш колбата или в какъвто съд провеждаш реакцията, ще видиш, че болшинството от продукта, голямото болшинство, ще бъде бут-2-ен, а не бут-1-ен. Ще имаш много, много малко от това. И въпросът е: защо? Как изобщо ще можеш да определиш това? Дали можеш да предвидиш това? За да се предвиди това, се използва т.нар. правило на Зайцев. Сигурен съм, че го казвам грешно, но ще го запиша - правило на Зайцев. То донякъде е аналогично на правилото на Марковников, но се отнася за реакциите на елиминиране. Ако се замислиш, реакциите на присъединяване, с които се занивахме преди доста видеа, са точно обратното на реакциите на елиминиране. При присъединителните реакции ние добавяхме хлор, при реакциите на елиминиране го премахваме. Донякъде правилото на Зайцев е аналогично на правилото на Марковников. Сега първо ще ти кажа правилото, после ще видим как то работи. Обаче учените не са единодушни за това как работи. Мислят си, че знаят, но не са сигурни на 100%. Правилото на Зайцев казва, че въглеродът, който ще отдаде своя водород, е този, който е свързан с най-малко водородни атоми. Ще го запиша тук. Въглеродът, който е най-вероятно да отдаде своя водород, е... би трябвало да кажа водороден протон, защото въглеродът запазва електрона... е този, който е свързан с най-малко водородни атоми. Ако разгледаш тази реакция тук, тук имаме алфа-въглерод. Или този бета-въглерод или този бета-въглерод ще загубят водорода си. Този тук има три водорода. Този тук има два водорода. Правилото на Зайцев казва, че това е водородът, по-точно протонът, който е най-вероятно да реагира с тази основа. Можеш да го разглеждаш като по-киселинен протон. Той е лесна плячка за тази силна основа. Сега следва по-интересен въпрос... това правило е много лесно за прилагане. Ако те и двата имат един и същ брой, тогава ще имаме еднакви продукти, от която и страна да го вземе. Но въпросът е: защо се случва това? И тук действа нещо, което се нарича хиперконюгация (свръхспрежение) на връзките. Няма да навлизам в подробности и да се занивам с квантова механика. Хиперконюгацията отчита факта, че... ние казахме, че този атом, който има по-малко водороди, е най-вероятно да загуби своя. Въглеродът с по-малко водороди е най-вероятно да загуби своя водороден протон. Но този, който е свързан с по-малко водороди, също така е свързан с повече въглероди. Този въглерод е свързан с един въглерод освен с алфа-въглерода. Той всъщност е свързан с два: с алфа-въглерода и с този въглерод. Този въглерод тук е свързан само с алфа-въглерода. Хиперконюгацията е идеята, че не само бета-въглерода, а въглеродите, отдалечени с един от този, спомагат за стабилизиране на двойната връзка, която евентуално ще се образува. Можеш да си представиш, че тук имаш повече електрони, защото въглеродите тук могат да предложат повече електрони от водородите. И накрая този атом е по-вероятно да отдаде електрони отдясно за образуване на двойна връзка отколкото този отляво. Няма да навлизам в подробности в хиперконюгацията, но тя се основава на идеята, че ще се образува по-стабилна двойна връзка, ако имаме други въглероди около двойната връзка. Друг начин да го разглеждаме, е да видим продуктите. Правилото на Зайцев ни казва, че бут-2-ен е по-вероятният продукт от бут-1-ен. Ако погледнеш бут-1-ен, можем да го препишем така. Можем да представим двойната връзка ето така. Този въглерод е нашият алфа-въглерод. Можем да сложим един въглерод тук. И после е свързан с водород. Свързан е с този водород. И после е свързан с въглеродна верига. Ще я запиша просто като R. И после този атом е свързан с два водорода. Това не е задължително бут-1-ен. Просто поставям тук R, това е начин да го представим. Ако искаме да напишем бут-2-ен по този начин, той ще изглежда ето така. Можем да наречем това R' (прим). Това е просто въглеродна верига. А това можем да означим като R''. Това дори не е верига. Това е само един въглерод. Но ако го наречем така, тогава бут-2-ен... ще го направя тук долу, където има повече място. Бут-2-енът изглежда ето така. Имаш двойна С-С връзка. Въглеродът отляво е свързан с водород, ето този водород тук, и R прим. Десният въглерод е свързан с водород и R прим прим. Значи той е свързан с водород и R прим прим. Тук аз просто... да видя ще мога ли да го събера на един екран... просто преписах това и представих общ случай на веригата, която излиза от тази двойна връзка. Направих го, за да можем да я видим по този начин. Така фокусът ни е върху двойната връзка, като виждаме какво става около нея. Тук е бут-1-ен, за който вече казахме, че е по-непредпочитаният продукт, а това е преобладаващият продукт. Това е предпочитаният или доминантният продукт. При по-непредпочитания продукт, ако тръгнем от двойната връзка, тук имаме само една алкилова група. Това R ето тук. А тук имаме две. И казваме, че този въглерод е по-заместен. И когато казваме заместен, можеш да си представиш, че заместваме водородите с въглеродни вериги или алкилови групи. Този тук вдясно е по-заместен. И при хиперконюгацията, идеята е, че тези въглеродни вериги, които са в близост до двойната връзка, я стабилизират. Някои от техните сигма-електрони и сигма-орбитали някак стабилизират пи-орбиталите. Това е вече в сферата на квантовата механика и всичко това, така че става доста... знаеш, светът не е на 100% сигурен дали това е механизмът, въпреки че са правени експерименти и е доказано, че по-заместеният продукт е това, което ще се получи повече от по-малко заместения и всичко това следва от правилото на Зайцев. Надявам се, че разбра правилото на Зайцев. Хиперконюгацията е едно доста по-сложно понятие. И разбираш, учените дори не са единодушни по него. Това е просто представа защо правилото на Зайцев е приложимо. Но самото правило е съвсем лесно. Ако трябва да избереш между два бета-въглерода, този от тях, който ще отдаде своя протон, е този, който има чисти водороди или този, който е свързан с повече въглероди. И това е вярно. Показах го. Всичко това, което разглеждахме, е реакция тип Е2. Но то е в сила и за реакции от типа Е1.