Хидратация

При реакция на хидратиране се присъединява вода към двойната връзка. Като ОН се присъединява съгласно правилото на Марковников. Съгласно правилото на Марковников. Ще го запиша тук. Значи трябва да мислиш за правилото на Марковников, когато разглеждаш тази реакция. Тази реакция е киселинно катализирана. На практика реакцията е в равновесие и ще разгледаме това в края на видеото. Да разгледаме механизма на киселинно катализираното присъединяване на вода към двойната връзка. Това е нашият алкен, имаме вода и сярна киселина. Сярната киселина, която е силна киселина, освобождава протони в разтвора. Да кажем, че водата ще привлече този протон. Така Н2О става Н3О+. Това Н3О+ се нарича хидрониев йон. Значи това е нашият Н3О+ йон. Поставям тук една двойка електрони, като той е положително зареден. Сега тези пи-електрони, електроните в тази пи-връзка, ще действат като основа. Те ще присъединят един протон. Те ще приемат един протон. Да кажем, че ще присъединят този протон тук, поради което тези два електрона от тази връзка ще отидат при кислорода. Имаме равовесие между киселина и основа. Тук ще поставя равновесна стрелка. Какво ще се получи, когато това се случи? Да кажем, че протонът е присъединен към въглеродът отдясно... значи протонът се присъединява към този въглерод. Сините електрони отляво са ето тези електрони тук. Това означава, че съм отнел една връзка от въглерода отляво. Този въглерод тук отляво, този въглерод ето тук, имаше четири връзки, а сега има само три връзки. Той получава формален заряд +1. Имаме карбокатион в механизма. Какво остава? В тази реакция между киселина и основа отнемаме протон от Н3О+ и получаваме Н2О. Ето тук имаме Н2О, като сега ще поставя несподелените електронни двойки на водната молекула. Знаем, че водата може да действа като нуклеофил. Тази несподелена електронна двойка ще бъде привлечена от нещо с положителен заряд. Имаме нуклеофилна атака към карбокатиона. Това на практика е в равновесие, то зависи от концентрацията на реагиращите вещества. Сега ще покажа, че водната молекула се присъединява към въглерода отляво. Въглеродът отдясно вече има един водород или протон, присъединен към него, и въглеродът отляво ще има сега връзка с този кислороден атом. Има два водорода, свързани с този кислород, и имаме несподелена електронна двойка при кислорода, която не участва в никаква връзка. Това дава на този кислород тук формален заряд +1. Сега кислородът е положително зареден, ето така. И почти получихме нашия продукт. Почти сме готови. Трябва ни още една реакция между киселина и основа, за да се отървем от протона при нашия кислород. Водата този път ще действа като основа. Идва една водна молекула и този път ще действа като основа на Брьонстед-Лаури и ще отнеме този протон. Ще поставя тези електрони тук. Тази несподелена двойка електрони ще отнеме този протон, като ще остави тези електрони при кислорода. Пак ще поставя стрелка за равновесие при тази реакция на киселина с основа. Накрая оставам с ОН при въглерода отляво, а при въглерода отдясно имам водород. Значи присъединихме вода. Като резулат присъединихме вода към двойната връзка. За да завършим, това ще възстанови хидрониевия йон. Получаваме Н2О плюс Н+, което дава Н3О+. Хидроният е възстановен. И това е. Запомни, че имаме карбокатион, така че трябва да мислим за присъединяване по Марковников. Тъй като имаме карбокатион, трябва да разглеждаме възможни прегрупирания. Значи Марковников и прегрупирания. Сега да видим един пример, в който имаме прегрупиране. Да видим една реакция. Нека това да е изходният алкен. Нека да разгледаме механизмите. Знаем, че ще имаме Н3О+. Тук има Н3О+. Добавяме алкена към разтвор на вода и сярна киселина. В първата стъпка на механизма пи-електроните ще действат като основа и ще отнемат протон от хидрониевия йон, като ще оставят тези електрони тук, които ще отидат при кислорода. Да видим какво ще получим от тази реакция на киселина и основа. Виждам, че не съм поставил стрелка за равновесие. Интересувам се повече от това да получа правилния продукт. Значи това е въглеродната верига. От коя страна ще присъединим водорода? От коя страна на двойната връзка... присъединяваме протона отляво или отдясно? Искаме да получим възможно най-стабилният карбокатион. Ако добавим протон отляво на двойната връзка, получаваме вторичен карбокатион. Този карбокатион тук е вторичен, защото този въглерод, който има положителен заряд, и е свързан с два други въглерода. Значи това е вторичен карбокатион. Ако добавим протон към другата страна на двойната връзка, ще получим първичен карбокатион. Вторичният карбокатион е по-стабилен. Но може ли да се получи нещо, което е даже по-стабилон от вторичен карбокатион? Разбира се, че можем. Можем да получим третичен карбокатион, ако се извърши хидридно прегрупиране. Тук е водородът, който е свързан с този въглерод. Ако протонът и тези два електрона се преместят тук и се образува нова връзка с положително заредения въглерод, имаме хидридно прегрупиране в тази точка. Ще напиша какво ще се получи от това хидридно прегрупиране. Тук преместваме един водород. Това отнема една връзка от този въглерод. Това е въглеродът, който сега ще получи положителен заряд. Добавихме връзка към това, което беше въглеродът на вторичния карбокатион. И така този формален заряд изчезва. Формалният заряд се премести при този въглерод тук, който сега е третичен карбокатион. Ако разгледаш въглеродите, свързани с този въглерод, това е третичен карбокатион. Знаем, че третичните карбокатиони са по-стабилни от вторичните. Сега сме в тази стъпка на механизма, в която се приближава водна молекула. Имаме водна молекула, която ще действа като нуклеофил, и ще атакува положително заредения въглерод. Ще запиша какво ще се получи от тази нуклеофилна атака. Имаме въглеродната верига, имаме кислороден атом, свързан с този въглерод. Два водорода тук, и отново, една несподелена електронна двойка ще участва в реакцията, придавайки на този кислород формален заряд +1. Накрая, вместо да покажа последната стъпка, една водна молекула се приближава, отнема един протон от този положително зареден кислород, и получаваме основния продукт с присъединяване на ОН към този въглерод тук. Това е основният продукт. Това е нашият основен продукт. Ще получим и известно количество алкохол, което се образува при вторичния карбокатион. По-малко полученият продукт е резултат от атаката на този кислород при вторичния карбокатион. Получаваме известно количество от това. Но ако на изпита те питат за основния продукт, трябва да покажеш продукта от това прегрупиране. В този случай ние сме късметлии, защото нашият продукт, този въглерод тук, не е хирален център. Защото имаме две метилови групи, свързани с този въглерод, и не трябва да се тревожим за пространствената структура. Сега ще направим друга реакция, в която трябва да отчитаме пространствения строеж. Да видим тази реакция тук. Това е нашият изходен алкен. Поставям двойната връзка ето тук. Ще го направя малко по-ясно. Двойната връзка е между тези два въглеродни атома. Отново добавяме вода и сярна киселина. Н2SO4. Когато разглеждаме механизма, знаем, че ще присъединим протон към единия край на двойната връзка, а другият край на двойната връзка ще се превърне в карбокатион. Първото нещо, за което да помислим, е коя от тези две страни ще присъедини протона. Искаме да получим възможно най-стабилния карбокатион. Значи протонът ще се присъедини към въглерода отляво. Сега ще покажа междинния продукт. Междинният продукт... не ми е нужна тази стрелка. Просто ще покажа как протонът се присъединява към въглерода отляво. Значи тук получаваме Н. После въглеродът отдясно на двойната връзка сега става карбокатион. Това е положителен заряд, ето така. Запомни, че когато имаме карбокатион, този въглерод е свързан с три други атома. Трябва да мислиш как изглежда това. Запомни, че един карбокатион... когато нещо е свързано с три други въглероди, имаш ситуация, в която всичко лежи в една равнина. sp2-хибридизираният въглерод има тригонална планарна геометрия. А това е нехибридизираната орбитала, ето така. Значи така изглежда sp2-хибридизирания карбокатион. Когато водната молекула се приближи и действа като нуклеофил, тя може да атакува отгоре. Или може да атакува отдолу. Тук се проявява стереохимията. Ще взема нашия карбокатион и да видим дали можем да покажем продуктите, които ще се получат от нуклеофилната атака на водата. После ще продължим да мислим за протона, който се отделя мислено при този механизъм. Когато натрупаш достатъчно опит, ще можеш да правиш стъпките на механизма мислено. Да видим. Какви са двата възможни продукта? ОН може да се присъедини по този начин, при което метиловата група ще се насочи към нас. Тази метилова група ще се отдалечава от нас. ОН може да се присъедини и от другата страна. ОН може да е ето тук отзад, което ще измести метиловата група ето така. Знаем, че това са хирални центрове. Това са центрове на хиралност. Значи получаваме енантиомери. 50% рацемична смес от продуктите. Виждаме също, че ОН се присъединява по правилото на Марковников. Тя се присъединява към тази страна, където се получава най-стабилният карбокатион. Още един пример за тази реакция. Ще направим пример, в който няма да има стереохимия. Но ще разгледаме нещо различно за тази реакция. Значи това е нашата реакция. Ще добавим вода. Ще добавя и сярна киселина. Ще поставя стрелката малко по-различно, за да покажа нещо интересно. Можем да... ще поставя стрелка за равновесие. Да кажем, че цялата тази реакция е в равновесие. Поставям тази равновесна стрелка. И продуктът. Тук не се тревожим за стереоизомерия. Казваме просто: трябва да помислим от коя страна на двойната връзка ще присъединим ОН. Отново използваме правилото на Марковников. По-заместеният въглерод е този, при който ще отиде ОН. По-заместеният въглерод е този тук отляво. Ако ти беше продуктът, щеше да кажеш: "Трябва просто да присъединя това ОН към по-стабилния въглерод и съм готов". И няма да се тревожиш за стереохимията на тази реакция. Не ни вълнуват прегрупирания, тъй като това е третичен карбокатион. Така че това се е погрижило за това. Сега, тази реакция на практика е в равновесие. Можеш да разглеждаш водата като един от твоите реагенти. Водата е един от твоите реагенти, и ако си спомняш от общата химия принципа на Льо Шателие, накъде ще е изтеглено равновесието? Ако искаш да получиш повече от твоя продукт, ако искаш повече от това тук, твоя продукт, или твоя алкохол, единият начин това да стане е да се увеличи концентрацията на водата. Така че ако увеличиш концентрацията на водата, равновесието ще се измести, за да намали стреса, който е упражнен върху системата. Ще имаш изместване надясно, и ще се получи повече от продукта. Но запомни, че ако имаш алкохол като продукт, и ако този алкохол реагира със сярната киселина, това е реакция на елиминиране Е1, която видяхме в предишни видео уроци. Така че киселинно катализираното дехидратиране, добавянето на концентрирана сярна киселина към алкохола всъщност води до образуване на алкен. Това е реакция, която видяхме по-рано, Е1 елиминиране или киселинно катализирано дехидратиране. Като основният ѝ продукт ще бъде най-заместеният алкен. Можеш да се върнеш и по друг начин. Можеш да се върнеш наляво. Да кажем, че намалим концентрацията на водата, за да изместим равновесието наляво, и тук всъщност ще се получи алкен. Начинът да контролираш равновесието е, ако искаш да отиде надясно, разреждаш сярната киселина. Ако добавиш още вода и това ще увеличи тази концентрация. Ако искаш да изместиш равновесието наляво, намаляваш концентрацията на водата, което означава да използваш концентрирана сярна киселина. Затова ще напиша само концентрирана сярна киселина. Това ще измести равновесието наляво и ще получиш повече алкен. Всичко зависи от това какво искаш да получиш. Затова трябва да си спомниш всичко това от общата химия за изместване на равновесието.