Редукция по Бърч II

В предишното видео разгледахме механизма на редукция по Бърч. В това видео ще видим какво се случва с редукцията по Бърч, когато имаме заместен бензенов пръстен. Имаме бензенов пръстен със заместител, добавяме натрий, течен амоняк и алкохол. Заместителят ще определи кои въглеродни атоми ще се редуцират. Например, ако имаме група, която изтегля електрони от пръстена, въглеродът, свързан със заместителя У, ще се редуцира. Но ако имаме заместител, който отдава електрони на пръстена, тогава въглеродът, свързан със заместителя, не се редуцира. Да видим можем ли да разберем защо, като разгледаме механизма за всеки от тези примери. Ще започнем с група, която отнема електронна плътност. Тук имаме група, която отнема електронна плътност, това е естер, свързан с бензеновия пръстен. Ще започнем с натрия, който знаем, че има един валентен електрон. Просто ще покажа реакцията, после ще обсъдим детайлите защо се случва по начина, по който съм го направил. Този единичен електрон при натрия ще бъде отдаден на този въглерод, тук имаме връзка, която се състои от два електрона. Един от тези електрони също ще се премести при този въглерод, а един от тези електрони ще се премести ето тук. С другата връзка се случва същото. Единият от електроните идва тук, а другият ще се премести при този въглерод, така че ще покажа преместването на тези електрони. Отново, имаме естерната група тук. Добавихме електрон към този въглерод от натрия. Получихме друг електрон от тази връзка, така че този въглерод има заряд –1. А тук се образува пи-връзка. Тук си имаше пи-връзка. И после един електрон идва при този въглерод. Значи това е анион-радикал, но ако ти е трудно да проследиш тези електрони, моля, върни се и гледай предишното видео и отдели малко време, за да проучиш добре механизма. Следващата стъпка на механизма знаем, че е присъединяване на протон, Имаме алкохол, който се приближава, и присъединяваме протон към нашия анион. Тези електрони тук присъединяват един протон и тези електрони отиват при кислорода. Сега ще напиша какво получихме. Тук има пи-електрони. Тук горе има група, която отнема електрони, нашият естер. Тук имаме електрон при този въглерод. Тук вече има водород, свързан с този въглерод, а тези електрони отнемат протон и сега имаме два водорода, свързани с този въглерод. В третата стъпка на механизма... започнахме с един електрон и после присъединихме протон, значи в третата стъпка отново имаме електрон. Тук идва нов атом натрий с неговия валентен електрон, като той ще отдаде валентния си електрон на този въглерод, който вече има един електрон, нали? Това е този въглерод тук. Ще напиша резултата от това. Имам пръстен, имам пи-електрони в пръстена. Имам водороди, които са свързани с него. Тук горе е естерната група, свързана с пръстена. Имам един електрон при този въглерод, а натрият току-що отдаде още един електрон, така че тук има заряд –1, а това е нашият анион ето тук. В последната стъпка на механизма знаем, че отново се присъединява протон, затова ще покажа, че анионът придърпва един протон от този алкохол. И сега ще напиша крайния продукт. Имам пръстена, имам пи-електроните, имам тези водороди при този въглерод, това е естерната група, която е свързана с пръстена. И тук прибавих един протон към този въглерод, така че това е крайният продукт. Можеш да видиш, че този въглерод, който е свързан с нашата група, която отнема електрони, е редуциран. Той получи един протон тук. Въпросът е защо? Защо получаваме този продукт? Един начин да го обясним, е да се върнем към тази структура. Към тази стъпка с аниона. Мога да напиша формулата на този анион поради наличието на тази група, която отнема електрони. Ще поставя резонансни скоби и стрелка за резонанс. Това е отрицателен заряд... Ще използвам червено... значи тези електрони ето тук могат да участват в резонанс поради наличието на тази група, която отнема електрони, а ние знаем, че този кислород има две несподелени електронни двойки. Така че тези електрони се преместват тук, за да образуват връзка, която ще изтласка тези пи-електрони към този кислород. Сега ще напиша резонансната структура. Имаме пръстен, имаме пи-електрони. Сега, въглеродът от пръстена е свързан с двойна връзка с този въглерод, а този въглерод е свързан с кислород. Този кислород има три несподелени електронни двойки, които му дават отрицателен заряд –1. Все още имаме тази част тук в молекулата, и тези водороди, разбира се. Ще покажа тези електрони в червено тук. Тези електрони в червено се преместват тук и образуват тази пи-връзка, така че има резонансна стабилизация на електронната плътност в ипсо-позиция. Ипсо-позиция е позицията точно до заместителя. Това е въглеродът от пръстена, който е свързан със заместителя. И поради наличието на тази група, която отнема електрони, електронната плътност в тази позиция се стабилизира. И ако се върнеш тук при аниона-радикал, тези електрони всъщност са делокализирани. Наличието на група, отнемаща електрони стабилизира електронната плътност в ипсо-позицията, както и в пара-позицията, така че затова редукцията се осъществява при тези въглеродни атоми. Сега, когато вече имаме представа защо получаваме този продукт, когато имаме група, отнемаща електрони, към пръстена, можем да направим един пример с група, отдаваща електрони, и да направим сравнение. Групата, донор на електрони, тук е метокси група. Това е нашата метокси група, в която знаем, че кислородът има две несподелени електронни двойки, това са тези несподелени електронни двойки, една от тези несподелени електронни двойки може да допринесе и да увеличи електронната плътност в пръстена. Ето защо метокси групата е донор на електрони, както видяхме в някои други видео уроци. Започваме реакцията, като отново, първо просто ще покажа механизма, и ще го обсъдим, когато го направя. Ако натрият отдаде своя валентен електрон на пръстена, а той ще го отдаде на този въглерод тук в пръстена. За тази връзка, един от електроните ще се премести при този същия въглерод, на който натрият отдаде електрона си, а другият електрон ще дойде ето тук. За тази връзка, един от електроните ще се премести ето тук и един от електроните ще се премести при този въглерод. Сега ще покажа резултата от тези премествания на електроните. Тук отгоре пак имаме метокси група. Този въглерод получава един електрон от натрия, този въглерод получава електрон от връзката, като сега има отрицателен заряд –1. Тук се образува пи-връзка, а също имаме несдвоен електрон ето тук, така че това е анион-радикал. После следва присъединяване на протон. Тук идва алкохолът. Карбанионът действа като основа и взима един протон. Сега ще покажа резултата от присъединяването на водород към пръстена. Протонът се присъединява в орто-позиция. Ако разгледам този въглерод, протонът се присъединява в орто-позиция спрямо метокси групата. Тук вече имаше протон в пръстена, присъединихме още един, така че сега има два водорода в пръстена. Тук има пи-връзка. Все още има несдвоен електрон. Третата стъпка от механизма е още един електрон, който идва от натрия. Натрият се приближава и отдава валентния си електрон. Ще напиша получения резултат. Имаме нашия пръстен, имаме нашата група-донор на електрони, имаме пи-електрони тук и тук, имаме тези водороди. При този въглерод имаме един електрон и получихме още един от натрия, от което се получава заряд –1, т.е. имаме анион. Следващата стъпка е присъединяване на протон, като този път протонът е в позиция мета- спрямо групата-донор на електрони. Да видим този въглерод тук. Сега говорим за присъединяване на протон в мета-позиция спрямо групата-донор на електрони. Значи тези електрони ще привлекат един протон от алкохола, тези електрони идват тук, и вече сме готови да покажем резултата. Пак имаме метокси група, пи-електрони, водороди при този въглерод. Тук имаше вече водород при този въглерод, нали? Той присъедини протон, така че сега са два водорда. И вече сме готови. Това е нашият продукт. Въпросът е защо това се различава от случая с групата, която отнема електрони. Защо групата-донор действа по този начин? Отново можем да разгледаме въглерода, който е свързан с метокси групата, нашата група-донор на електрони. Този въглерод не беше редуциран. Един начин за разглеждане на това е, че в този механизъм виждаме висока електронна плътност при орто- и мета-позициите. Така че имаме висока електронна плътност в орто- и мета-позиция. Това са въглеродите, които се редуцират. Логично е, че не се редуцира въглеродът, който е свързан с групата-донор на електрони, защото групата-донор на електрони ще отдаде електронна плътност на този въглерод. Ще направя една малка скица тук, за да видиш по-добре какво имам предвид. Ако имам група-донор на електрони, Мога да преместя тези електрони тук, така че тук има малко повече електронна плътност. Ако имахме заряд –1 или някаква електронна плътност тук при този въглерод, тези електрони тук биха дестабилизирали аниона или електронната плътност в тази позиция, тази ипсо-позиция. Затова няма редуциране в ипсо- или пара-позициите. Точно това виждаме, когато имаме група, отнемаща електрони. Групата, отнемаща електрони, стабилизира електронната плътност в ипсо- и пара-позициите. Но това не става при група, донор на електрони. Тя ще дестабилизира електронната плътност в тези позиции, затова гледаш орто- и мета-, които са по встрани. Така не го дестабилизира в такава степен. Можеш да разглеждаш и това като орто- и това като мета. Няма значение поради симетрията в този пример, но това е също начин да го разглеждаш. Може би това не е най-доброто обяснение, но е добър начин за разглеждане. В един момент имаше разногласие относно реда на присъединяване на протоните. Оказва се, че първо се присъединява протонът в орто-позицията, а след това протонът в мета-позицията. Но някои хора предпочитат да мислят, че първо се присъединява мета-, после орто-, но мисля, че експериментите показаха, че орто е първо, и после мета. Това ти дава малко представа как групите, които отнемат електрони, и групите-донори на електрони как могат да повлияят, за ефекта на насочващите групи при редукция по Бърч.