Образуване на епоксиди и дехидроксилиране

Ако започнеш с един алкен и присъединиш към този алкен перкарбоксилна киселина, се получава епоксид. Това тук е епоксид, в който имаш кислород в триатомен пръстен с тези два въглерода. Можеш да отвориш този пръстен с катализатор киселина или основа и ще разгледаме една киселинно катализирана реакция в това видео. Това, което се случва, е, че получаваш две ОН-групи в положение анти една спрямо друга от двете страни на двойната връзка. В крайна сметка се окислява алкенът. Така че можеш да определиш степените на окисление в един действителен пример и ще установиш, че това е окислителна реакция. Да видим механизма на образуване на епоксид. Започваме с перкарбоксилна киселина, която много прилича на карбоксилна, но има един кислород повече. Връзката между двата кислородни атома е слаба, така че тя ще се разкъса при реакцията. Другото важно нещо за структурата на перкарбоксилната киселина е конкректната ѝ конформация. Този водород е много близо до този кислород, защото има източник на привличане между тези атоми. Тук има междумолекулна водородна връзка, която поддържа тази конформация. Когато перкарбоксилната киселина се приближи към алкена, когато е достатъчно близо до тази конформация, реакцията започва. Това е синхронизиран механизъм с осем електрона, което означава, че осемте електрона ще се преместват едновременно. Електроните в тази връзка между кислорода и водорода ще се преместят тук долу, за да образуват връзка с този въглерод. Електроните в тази пи-връзка ще се преместят и ще се присъединят към този кислород. Това ще разкъса слабата връзка кислород-кислород, а тези електрони ще се преместят тук. Накрая електроните от пи-връзката ще се преместят тук, за да образуват действителна връзка между този кислород и водорода. Да видим какви са резултатите от това едновременно придвижване на осем електрона. Тук долу ще се получи нашият епоксид. Поставям въглеродните атоми и после поставям тук кислорода. После показваме връзката между тези ето така. И после ето тук горе, това е карбонилният въглерод. Сега има само една връзка между този въглерод и този кислород. Сега се образува връзка между този кислород и този водород, и тук има една R-група. Тук имаше само една връзка към този кислород, но една несподелена електронна двойка се премести и се образува карбонил. Това е нашият продукт, който можеш да разглеждаш като карбоксилна киселина. Сега ще оцветя тези електрони, за да ги проследим по-добре. Ще оцветя тези електрони тук, които ще образуват връзка отляво между въглерод и кислород. Сега да проследим тези електрони. Да видим тези електрони, тези, които са в пи-връзката. Това са тези, които ще образуват тази страна на епоксидния пръстен, ето така. Връзката кислород-кислород сега ще направя синя. Електроните в тази връзка, тези тук, ще се преместят тук, за да образуват карбонилна група. Тези електрони ще направя зелени, електроните в тази връзка тук. Това са тези, които се преместват, за да образуват връзка между кислорода и водорода. Крайният резултат е образуване на карбоксилна киселина и епоксид. Да видим една реакция, една действителна реакция на образуване на епоксид, а после ще говорим как се образува диол от това. Ако започнем с циклохексен... ще го напиша тук. Ще опитам пак, този не стана добре. Построявам нашия циклохексенов пръстен ето така. Към циклохексена ще прибавя пероксиоцетна киселина. Как изглежда пероксиоцетната киселина? Тя е производна на оцетната киселина. Но има един допълнителен кислород, така че изглежда ето така. Това е пероксиоцетна киселина. Добавяме циклохексен към пероксиоцетната киселина, ще се получи епоксид. Ще се образува триатомен пръстен, в който има кислород. Този кислород се присъединява към горната страна на пръстена. За този пример всъщност няма особено значение. Слагам тук нашия епоксид с удебелени черти. Тази прекъсната черта означава, че се отдалечават от нас тези водороди. Това е епоксидът, който ще се получи при този механизъм тук. Сега да отворим този епоксид с киселина. Само да си припомним, да се върнем тук горе. Сега ще разгледаме тази втора част, където присъединяваме Н3О+ и се получава диол. Да видим сега това. Присъединяваме Н3О+ към този епоксид. Ще препиша този епоксид, за да се вижда по-добре. Поставям тук кислорода, после това е свързано с два въглерода, ето така. Сега да направим останалата част от пръстена. Тук отзад е останалата част от циклохексановия пръстен. Сега ще поставя несподелените двойки електрони. Това е същият чертеж като тук. Сега имам Н3О+, ето така, така че хидрониевият йон имам една несподелена електронна двойка, което му придава формален заряд +1. Кислородът от нашия епоксид ще действа като основа. Той ще отнеме един протон. Тази несподелена електронна двойка ще вземе този протон тук, което ще премести тези електрони тук при кислорода. Ще напиша какво се получава в тази реакция на киселина и основа. Ще получа епоксид с присъединен протон. Сега ще поставя тук кислорода, който е свързан с тези въглероди тук долу. Сега ще довърша пръстена, ето така. Но една несподелена електронна двойка не е направила нищо, тя е още тук. Тази електронна двойка е тази, която образува връзка с този протон, така че сега това е молекулата. Тук кислородът ще има формален заряд +1, сега е положително зареден. Това е същата структура, която видяхме в предишни видеа, това с цикличния халониев йон. И както при цикличния халониев йон в тези предходни видео уроци... прегледай видеото за халогенхидрина... ще получим частичен характер на карбокатион с тези въглероди тук долу. Този резонансен хибрид ще даде на тези въглероди частично положителен характер. Когато водата се приближи като нуклеофил, несподелената електронна двойка на водата ще бъде привлечена от тези въглероди. Противоположните заряди се привличат. Тези два сини въглерода са частично положителни. Отрицателно заредените електрони се привличат от частично положителния въглерод, и ще имаме нуклеофилна атака. Да кажем, че тази несподелена електронна двойка атакува тук. Това ще придвижи електроните в тази връзка към този кислород. Да представим резултата от една атака на въглерода отляво. Ще си направя малко място. Какво ще стане в този случай? Ще напиша тук нашия циклехексанов пръстен. Това е циклохексановият пръстен. Кислородът атакува въглерода отляво. Тук има кислород, който извършва нуклеофилна атака, така че има два водорода при него. Той има несподелена двойка електрони сега, и се получава формален заряд +1. Епоксидът се отваря. Електроните се преместват при кислорода горе, което означава, че горният кислород се премества ето тук. Това е нашата структура. Тази несподелена електронна двойка ще атакува този въглерод, нали? Този въглерод може да е частично положителен в резонансния хибрид, където ще се преместят тези електрони при този кислород. Сега ще напиша резултата от нуклеофилната атака. Поставям тук циклохексановия пръстен. Сега кислородът ще се свърже с въглерода отляво, два водорода се свързат с него, несподелена електронна двойка, формален заряд +1. Този път кислородът отгоре ще се премести при този кислород ето тук. Така че тук получаваш ОН-група. В следващата стъпка на механизма... почти сме готови, почти получихме нашия диол. Тук идва една молекула вода. Сега водата не действа като нуклеофил, тя действа като основа. Тя ще отнеме един протон. Да видим продукта тук отляво. Тази несподелена електронна двойка ще вземе един от тези протони, тези електрони ще се преместят при този кислород. Сега да видим какво ще се получи от тази реакция на киселина с основа. Ще запиша нашия циклохексанов пръстен, и сега тук имаме ОН. Сега имаме тук ОН, и тук имаше ОН. Така че получихме нашия продукт. Присъединихме две ОН-групи в положение анти една спрямо друга. Същото нещо става и тук. Можеш да вземеш тези. Можеш да вземеш този протон, преместваш тези електрони при този кислород, ето така. И отдясно, след като напиша циклохексановия пръстен, ще имаме тук ОН-група. После ще имаме ОН тук, ето така. Така че имаме два продукта. Ако ги разгледаш, те са огледални образи помежду си. Ако поставя едно огледало тук, ще видиш, че те се отразяват в огледалото. И те не съвпадат. Това са несъвпадащи огледални образи, енантиомери. Значи ще получиш два продукта от тази реакция. Само да обобщим тази реакция, хайде да я направим отново. Ще започна с циклохексан. В първата стъпка на реакцията първата реакция тук, добавяме пероксиоцетна киселина. Значи добавихме СН3СО3Н И тази втора стъпка на нашия механизъм, във втората стъпка на нашата реакция, добавихме Н3О+. Това разтвори епоксидния пръстен, за да се получи диол, и получихме два продукта. Този продукт тук отляво, нека да го препиша тук отляво, така че да изглежда по-познат. Отново, поставям окото си тук. Гледам към този горния въглерод. Ако това е върхът на главата ми, тогава тази ОН-група сочи към мен. Сега ще напиша този продукт. Правя циклохексановия пръстен, при този горен въглерод има ОН-група, сочеща към мен. При този въглерод долу ОН-групата ще се отдалечава от мен. Затова поставям ОН с прекъсната линия тук долу. После правя същото с този продукт тук. Гледам надолу към молекулата. Гледам по този начин към горния въглерод... ако главата ми е тук, върха на главата ми, тогава ОН ще сочи надолу. Затова поставям прекъсната линия тук и поставям ОН. После тук, при този въглерод тя ще сочи нагоре. Така вероятно по-лесно се вижда, че това са енантиомери, когато гледаме към тях по този начин. Различни конфигурации при двата въглерода. Това е начинът за получаване на епоксид и един начин за получаване на диол. В следващото видео ще видим друг начин за получаване на диол, където присъединяването ще е малко по-различно и ще получим различен продукт.