Механизъм Е1: карбокатион и пренареждане

Да кажем, че искаме да покажем механизма за тази Е1 реакция. Тръгваме от алкилхалогенида отляво до алкена отдясно. Първата стъпка е отделянето на напускащата група. Електроните в тази връзка отиват с хлора и се образува хлориден анион, а ние знаем, че хлоридният анион е добра напускаща група. Взимаме една връзка от този въглерод, който означавам в червено, където ще се образува нашия карбокатион. Ще направя въглеродната верига и ще поставя тук тези метилови групи. Въглеродът в червено е този тук, значи това е вторичен карбокатион. Имаме формален заряд +1, а е вторичен, защото червеният въглерод е свързан директно с два други въглерода. Значи имаме вторичен карбокатион. Ако го разгледаш, тук има възможност за прегрупиране. Можем да вземем едната метилова група при въглерода в цикламено отдясно, и да я преместим при положително заредения въглерод. Тук имаме преместване на метилова група. Причината да имаме това преместване на метилова група, е, че така ще се получи по-стабилен карбокатион. При този въглерод има само една метилова група. Тук имаме една метилова група, която току-що преместихме при въглерода в червено. Ще обознача въглерода в червено. Преместваме метилова група при този въглерод, нека да го направя. Това означава, че взимаме една връзка от този въглерод, това е този въглерод, това е където е положителният заряд сега. Имаме формален заряд +1 при този въглерод, който сега е в светло синьо. Това е третичен карбокатион. Ще обознача тези въглероди тук. Въглеродът в светло синьо е свързан директно с три други въглероди, така че това е този въглерод тук, ето този и ето този. Така че това е третичен карбокатион, за който знаем, че е много по-стабилен от вторичния карбокатион. Карбокатионът се стабилизира допълнително от факта, че тук имаме полярен протонен разтворител. Това е много стабилен карбокатион. От тук имаме два възможни пътя. Имаме вода, която може да действа като нуклеофил. Ако това се случи, ще получиш продукт на заместване. Но сега ние търсим продукт на елиминиране. Тук имаме алкен. Значи водата трябва да действа като основа, водата трябва да отнеме един протон от един от въглеродите, които са съседни на карбокатиона, значи един от въглеродите в цикламено. Ако погледнеш тук нашия продукт, образува се двойна връзка между този въглерод и този въглерод, което означава, че трябва да вземем протон от въглерода в цикламено горе вдясно. Ще обознача този въглерод. Трябва да вземем протон от този въглерод. Ще поставя един, защото знаем, че има един водород към този въглерод, а водата ще действа като слаба основа. Ще напиша тук Н2О. Водата ще отнеме този протон, така че несподелената двойка електрони при кислорода ще отнеме този протон тук, а тези електрони ще се преместят, за да се образува двойна връзка, и получаваме нашия продукт. Ще оцветя тези електрони. Тези електрони образуват двойна връзка, ето тук в тъмно синьо. Значи тези електрони се преместват тук, за да се получи алкен. Ние показахме механизма за тази реакция. Сега да видим друга реакция Е1, където целта ни е да определим всички продукти от реакцията на елиминиране. Отляво е нашият алкохол, алкохолът реагира със сярна киселина, като загряваме реакционната смес. Виждали сме в предишни видеа, че първата стъпка, когато имаме алкохол, е протонен трансфер, алкохолът действа като основа и сярната киселина отдава протон. Ще запиша Н+ тук. Първо ще добавим протон към алкохола. Една несподелена електронна двойка при кислорода грабва този протон, който идва от сярната киселина. Сега ще напиша какво ще имаме. Това е въглеродната ни верига. Имаме две метилови групи при този въглерод. Сега кислородът има две връзки, два водорода. Той все още има несподелена двойка електрони, но сега кислородът има формален заряд +1. Електроните в цикламено придърпват един протон от сярната киселина и се образува тази връзка. Причината тази стъпка да протича първо е, че когато имаме алкохол, така се формира по-добра напускаща група при този Е1 механизъм. Водата е много по-добра напускаща група от хидроксидния анион. След това електроните в тази връзка идват при този кислород и се отделя вода. Когато това става, този въглерод губи една връзка, този въглерод в червено. Тук се образува карбокатионът. Ако начертая тук въглеродната верига, от този въглерод излизат метилови групи. Въглеродът в червено е този въглерод, а това е вторичен карботакион, защото въглеродът в червено е свързан директно с други два въглерода, които означавам с цикламено. Така че това е вторичен карбокатион. Ще запиша формален заряд +1 при този въглерод в червено. Сега да видим възможностите за прегрупиране. Всичко ли можем да направим, за да получим по-стабилен карбокатион? Точно като в предишния пример, може да има прегрупиране на метиловата група. Ще се преместя и ще оставя тук повече място. Можем да вземем тази метилова група и да я преместим при въглерода в червено. Сега ще покажа преместването на метиловата група. При този въглерод има само една метилова група, и тази метилова група се премества при този въглерод. Това е въглеродът в червено. Сега въглеродът в червено вече няма формален заряд +1. Зарядът +1 се премества при въглерода в цикламено, който току-що е загубил връзка. Сега нашият формален заряд +1 е при този въглерод. Ще го оцветя. Този въглерод тук в цикламено. Това е третичен карбокатион. А ние знаем, че третичните карбокатиони са по-стабилни от вторичните карбокатиони. Понеже това е механизъм Е1, знаем, че слабата основа ще отнеме един протон. В този случай тя може да отнеме протон от няколко различни места. Може да отнеме протон от този въглерод. Да помислим за слабата основа, която се приближава. Ще го направя тук, основата идва да вземе този протон, което означава, че тези електрони се преместват тук, за да се компенсира формалният заряд, и така се получава алкен като продукт. Ще напиша продукта тук горе, тук се образува двойна връзка. Ще добавя и всичко останало. Това е един от възможните продукти. Ще оцветя електроните. Ще използвам светло синьо. Електроните от тази връзка се преместват тук, за да се получи алкен. Но какво ще стане, ако взема протон от различно място? Ще направя отново карбокатиона тук, просто за да не се претрупват нещата. Ще препиша карбокатиона. Този въглерод в цикламено е този тук, той има формален заряд +1. Нека да го направя. Въглеродът в червено е този въглерод. Какво ще стане, ако вземем протон от въглерода в червено? Нека да добавя един протон тук. Слабата основа идва и взема този протон. Тогава тези електрони ще се преместят тук, за да образуват двойна връзка, да образуват друг алкен. Сега ще покажа този продукт. Тук имаме въглеродната верига. Този път двойната връзка се образува между въглеродите в цикламено и в червено. Двойната връзка се образува тук. Ще оцветя тези електрони в светло синьо. Тези електрони ще се преместят тук, за да образуват двойна връзка. И всъщност има още един продукт от тази реакция, нека да се върнем тук към нашия вторичен карбокатион. Ако той не се прегрупира, тогава можем да вземем протон от вторичния карбокатион и да получим последния продукт. Да разгледаме въглерода в червено тук. Гледаме съседните въглероди на този въглерод в червено. Въглеродът в цикламено отляво няма никакви протони, така че не можем да вземем протон от него, но цикламеният въглерод отдясно има. Ако сложа един водород от тук, ще дойде нашата основа и ще вземе този протон. Ако това се случи, тези електрони ще се преместят тук, което ни дава крайния продукт. Само да направя въглеродната верига, а после нашата двойна връзка ще се образува... Всъщност ще направя отново тази двойна връзка, значи получаваме... Ще направя отново всичко. Мисля, че имам повече място, отколкото си мислех. Ще направя въглеродната верига тук, тук е двойната връзка, после имаме метиловите групи, които са при този въглерод. Електроните в светло синьо се преместват, за да образуват двойна връзка. Значи получихме три продукта от тази реакция Е1. Ако помислим кой от тях ще е основният продукт, трябва да видим степента на заместеност. Да видим алкена вдясно. Когато гледаме двата въглерода от двете страни на двойната връзка, тук има една, две, три, четири алкилни групи. Това е четворно заместен алкен, затова това трябва да е основният продукт. Това е най-стабилният алкен. Сега да видим този тук. тук има въглерод, и тук има въглерод при двойната връзка. Този път имаме само две алкилови групи. Това е двойно заместен алкен. И накрая тук отляво имаме еднозаместен алкен. Тук имаме два въглерода. Имаме една алкилова група, така че това е еднозаместен алкен. Този се получава от вторичния карбокатион без прегрупиране, така че това ще бъде основният продукт. Съвсем малък процент от продуктите ще бъде този еднозаместен алкен. По-голямата част от продукта ще бъдат двойно и четворно заместените алкени. Така че четворно заместеният алкен ще бъде основният продукт, защото е най-стабилен.