Получаване на епоксиди: стереохимия

В последното видео разгледахме различни методи за получаване на епоксиди от алкени. Първият начин беше с пероксидна киселина. Вторият начин беше като първо получим халохидрин с използване на бром и вода и после добавяне на натриев хидроксид за стартиране на вътрешномолекулен синтез на етер по Уилямсън за получаване на епоксид. В това видео ще разгледаме стереохимията при получаването на епоксиди от етери при тези две реакции. Ако започнем с цис-алкен, в който водородните атоми са от едната страна на двойната връзка, можеш да разглеждаш R групите като разположени от едната страна. В продукта R-групите все още са от едната страна където беше двойната връзка. Ако разгледаме един транс-алкен... знам, че е транс, защото водородните атоми са на срещуположните страни... разглеждаме R-групите на срещуположните страни на двойната връзка. В продукта R-групите са все още на срещуположните страни, там където беше двойната връзка. Да разгледаме една реакция, в която има стереохимия. Ако започна с един алкен... Тук ще сложа метилова група. А тук ще сложа етилова група. После имам моите водородни атоми ето така. Ако този алкен реагира с някой от тези два реагента... Отново ще сложа тези знаци тук. Всеки от тези ще ми даде едни и същи продукти. Ако разглеждаш получаването на епоксид... тук знам, че ще получа епоксид. И знам, че трябва тези R-групи трябва да са на срещуположните страни там, където беше двойната връзка. Единият възможен продукт е да имам етилова група, която сочи към мен в пространството. После метиловата група ще трябва да се отдалечава от нас в пространството ето така. И ако това е моят продукт... при въглерода тук отляво трябва да има водород, който се отдалечава от нас в пространството. А тук при въглерода отдясно трябва да имаме водород, който сочи към мен в пространството. Това е единият възможен продукт. Но мога всъщност да запиша и друг продукт, където R-групите са на срещуположните страни, там където беше двойната връзка. Етиловата група се отдалечава от мен в пространството при въглерода отляво, и следователно метиловата група ще сочи към мен при този въглерод отдясно. Тук ще има водород, който сочи към мен, а при този въглерод ще има водород, който се отдалечава от мен. Значи има два възможни продукта. Това всъщност са енантиомери помежду си. Ще получиш рацемична смес, 50% от единия енантиомер и 50% от другия енантиомер, защото при тази реакция се получават два нови хирални центъра. Ако разгледам тази молекула, тези два въглерода са хирални центрове. Затова има значение пространствената структура при тези въглеродни атоми. Когато чертаем енантиомери, ако започнем с молекулата отляво, тук етиловата група сочи към нас. Просто трябва да обърна абсолютната конфигурация, за да получа етиловата група да се отдалечава от нас за енантиомера отдясно. Разглеждаме този хирален център тук, метиловата група се отдалечава от нас. Просто обръщам абсолютната конфигурация и метиловата група сочи към мен. Това са енантиомери помежду си. Сега да разгледаме в детайли получаването на тези два енантиомера, а после ще ги именуваме, като отчитаме пространствения строеж. Ако започнем с алкена тук отляво... започваме с този алкен и гледаме тези два въглеродни атома. Тези два въглерода са sp2-хибридизирани, което означава, че молекулата е планарна при тези два въглерода. Мога да разглеждам този алкен като планарен при тези два въглерода. Ако трябва да напиша тази молекула... поставям метиловата група тук отляво и водорода ето тук. И ще имам водород ето тук. После идва етиловата група. Това е същата молекула като тази тук отляво. Просто е малко завъртяна. Знам, че тези два въглерода от двете страни на двойната връзка са sp2-хибридизирани, което означава, че тази част от молекулата е равнинна. Мога да мисля за тази част на молекулата като равнинна, следователно мога да разглеждам присъединяването на кислорода от двете страни на тази равнина. Кислородът може да се присъедини от горната страна на равнината, или кислородът може да се присъедини отдолу на равнината. Сега ще покажа резултата от тези различни начини за присъединяване на кислорода. Тук отляво ще разгледам какво се случва с молекулата, когато кислородът се присъединява отгоре на тази равнина. Ако кислородът се присъединява отгоре на равнината, тогава ще запазя метиловата група и етиловата група на срещуположните страни там, където беше двойната връзка. Следователно двата водорода също ще бъдат на срещуположните страни там, където беше двойната връзка. И ще покажа присъединяването на кислорода отгоре на равнината. Следователно епоксидът ще изглежда ето така. Това е единият възможен начин за получаване на нашия епоксид. Сега да видим как ще изглежда епоксидът, когато кислородът се присъединява отдолу на равнината. Ако кислородът се писъедини отдолу на равнината, отново, ще запазим метиловата група и етиловата група на срещуположните страни там, където беше двойната връзка. Водородите също ще бъдат на срещуположните страни при двойната връзка. Ето така. Сега ще покажем кислородът, който се присъединява, за да образува епоксид, присъединява се отдолу на равнината. Сега нашият епоксид изглежда така. Това са двата възможни продукта. Те са енантиомери помежду си, но е малко трудно да се види, когато са написани тук. Да видим дали мога да използвам друга гледна точка за нашите епоксидни продукти. Ще поставя окото си тук, и ще гледам към тази епоксидна молекула ето така. ОК. Гледам към този епоксид. И ще препиша този епоксид тук. Ще поставя тази част от молекулата ето така. Сега гледам от тук, като първо ще се фокусирам върху въглерода отляво на мен. Това е този въглерод тук долу. Виждам, че тук има етилова група, насочена към мен. Ще поставя тази етилова група, насочена към мен в пространството. Виждам, че тук има водород, който се отдалечава от мен в пространството. Надявам се, че е очевидно, че този водород се отдалечава от мен. Мога да го представя така. Слагам прекъсната линия, за да покажа, че водородът се отдалечава. Сега да разгледаме въглерода отдясно. Този въглерод от другата страна. Този път виждам, че водородът е насочен към мен в пространството, затова ще поставя този водород насочен към мен, ето така. Тази метилова група тук се отдалечава от мен в пространството. Сега ще покажа тази метилова група, която се отдалечава ето така. Това е единият енантиомер. Сега ще препиша този тук отдясно. Отново започвам с епоксида, гледам към него ето така. Какво виждаме? Виждаме, че епоксидът е обърнат, гледам от тук, ето така, така че кислородът е тук долу. Виждам също, ако гледам към този въглерод отляво на гледната ми точка, това е този въглерод тук долу... Виждам етилова група, която сочи към мен в пространството. Значи тук има етилова група, насочена към мен. Този водород ще се отдалечава от мен. Затова ще представя отдалечаващия се водород ето така. После, ако се преместим при въглерода отдясно тук, виждам, че този водород сочи към мен в пространството. Значи представям този водород, насочен към мен в пространството. Метиловата група тук отзад ще се отдалечава от мен, затова представям метиловата група с прекъсната линия, ето така. Това е другият продукт. Но все още не е очевидно, че те са енантиомери. Тук ще ни помогне моделът. Ако направя молекулата отдясно и после хванем този кислород и го завъртим нагоре... много по-лесно е да се види с модела, който е точно отпред... ще видиш, че тази молекула е точно същата молекула, която ще напишем ето тук. Ако я завъртим, така че кислородът сега да сочи нагоре, това всъщност ще прати този водород тук отзад... премества се отпред. Така че, когато нарисуваш тази молекула завъртяна, този водород ще се премести отпред, което изпраща етиловата група отзад. Значи етиловата група отива тук отзад. Същото става и с метиловата група. Тази метилова група е отзад. Когато я завъртиш по този начин, метиловата група ще се окаже насочена ето тук към нас. Това означава, че водородът се отдалечава от нас в пространството. Сега можем да видим, надявам се, че тези две молекули са енантиомери. Да видим как ще именуваме този продукт. Ако трябва да именуваме тези две молекули, първо да помислим как ще го направим. Първо трябва да намерим най-дългата въглеродна верига, като на епокси-заместителя искаме да дадем най-малкия възможен номер. Ще номерирам въглеродната верига, този въглерод ще е номер едно, този въглерод е номер две, три, четири, пет, ето така. Значи това ще бъде пентан като основа. Това ще бъде пентан. Виждаме, че епоксидът е между въглерод две и три. Значи ще бъде 2,3-епоксипентан. Значи е 2,3-епоксипентан. Това ще бъде две. Записвам 2,3-епоксипентан ето така. Но сега трябва да отчета стереохимията при въглероди две и три. Това прави нещата малко по-сложни. Ще разгледам енантиомера отляво и ще препиша този енантиомер вляво. Ще го препиша тук долу, като започнем да определяме стереохимията. Значи този водород сочи към мен. А метиловата група се отдалечава от мен така. Тази етилова група сочи към мен. Този водород се отдалечава от мен. Сега да видим този въглерод. Ако искам да определя абсолютната конфигурация при този въглерод, трябва да разгледам атомите, които са свързани директно с този въглерод. Нека да напиша този въглерод ето тук. Това е един от атомите, които са директно свързани с този въглерод в синьо. Значи този въглерод в синьо е директно свързан с този въглерод, този кислород, този водород и този въглерод тук долу. Това са четирите атома. Ако опитам да определя приоритетността им, гледам атомните номера. Знам, че кислородът има най-висок атомен номер сред тези четири атома. Значи кислородът получава номер едно. Водородът има най-нисък приоритет и получава номер четири. И сега трябва да сравня тези два въглерода, и понеже те са наравно, трябва да видя с какво са свързани те. Въглеродът отдясно, ето този въглурод тук... този въглерод е свързан с кислород. Ще го напиша тук. Въглеродът отдясно е свързан директно с кислород. Той е свързан директно с този кислород. Той е свързан още с въглерод и е свързан директно с водород. Значи кислород, въглерод, водород. Сега да видим въглерода отляво, този въглерод ето тук. С какво е свързан? Свързан е с друг въглерод тук и с два водорода. Значи СНН. Кислородът ще бие въглерода по атомен номер, затова въглеродът отдясно има по-висок приоритет. Този въглерод става номер две, а този въглерод тук ще стане номер три. При абсолютната конфигурация най-ниско приоритетната група трябва да се отдалечава от нас, когато обикалям по този начин. Обикаляме по часовниковата стрелка, значи това е R-конфигурация при този въглерод. Сега да продължим, но този чертеж е много претрупан. Ще го направя още веднъж. Ще определим абсолютната конфигурация на другия въглерод. Да видим. Все още имам етилова група, която е насочена към мен. Пак имаме водород, който се отдалечава от нас. Пак имаме този водород, който сочи към мен. И пак тази метилова група се отдалечава от мен ето така. Търся абсолютната конфигурация на този въглерод и ще подходим по същия начин. Да видим атомите, свързани директно с този въглерод. Това ще бъде кислород, въглерод, въглерод, водород. Да приоритизираме. Кислородът има най-висок приоритет. Водородът има най-нисък приоритет. После въглеродът е директно свързан с кислород, значи това е втори по ред приоритет. И метиловата група получава трети по ред приоритет. Значи едно, две, три и обикаляме по този начин, който е срещу часовниковата стрелка. Което означава, че изглежда S, но си спомни трика, който ти казах в едно предишно видео. Изглежда S, но този водород сочи насам. Ако го обърна, за да отразим факта, че групата с най-нисък приоритет не се отдалечава от нас. Изглежда S, но понеже водородът е насочен към мен, със сигурност мога да кажа, че корфигурацията е R. И сега можем да довършим името. Значи при въглерод две и три имаме абсолютна конфигурация R. Значи името на този енантиомер ще бъде 2R,3R-2,3-епоксипентан. А за енантиомера тук отдясно, знаем, че е енантиомер, така че прост обръщам конфигурацията. Значи това ще бъде 2S,3S-2,3-епоксипентан. Нямам време в това видео да определя абсолютната конфигурация на енантиомера отдясно. Но ти можеш да го направиш за упражнение. И ще получиш 2S,3S за абсолютната конфигурация. Това е проблем обаче, защото когато получаваш рацемична смес от твоя епоксид, в органичната химия това не винаги е желано. Има начини да се използват хирални катализатори, които позволяват да се избере един от тези енантиомери. Ще разгледаме това в някое следващо видео, тъй като това е един вид въдеждащо видео, но просто знай, че има възможност да бъде определено кой енантиомер да се получи.