Е1 механизъм: стереоселективност

В това видео ще разгледаме една реакция Е1, която е стереоспецифична. Първо ще разпишем механизма, ще определим кои са продуктите, а после ще обсъдим защо това е стереоспецифична реакция. Отляво е нашият алкохол. Въглеродът, свързан с ОН, е алфа-въглеродът. Въглеродът до него ще бъде нашият бета-въгелрод. Този бета-въглерод има два бета-протони. Знаем, че в нашия механизъм Е1 ще бъде отделен един бета-протон. Тук отляво въглеродът до алфа-въглерода няма протони. Така че ни интересува само въглеродът отдясно. Сярната киселина е силна киселина. Тя ще отдаде протон на алкохола. Ще напиша един Н+ тук, за да спестя малко време. Една несподелена двойка електрони от кислорода привлича един протон от сярната киселина. Да видим какво имаме сега. Поставям бензеновия пръстен, ето тук. Поставям тези електрони. Поставям въглеродната верига. И ако ще присъединяваме протон към нашата ОН-група, тук ще поставя една удебелена черта. Сега кислородът има две връзки с водород, една несподелена електронна двойка при кислорода, и кислородът има формален заряд +1. Нека да покажа тези електрони тук. Тези електрони в цикламено отнемат един протон от сярната киселина. Можем да кажем, че се образува тази връзка, ето тази тук. Знаем също, че тук има водород при този въглерод, който се отдалечава от нас в пространството. Ще добавя този водород. После при нашия бета-въглерод, знаем, че тук има бета-протони. Ще ги поставя тук. Единият е с удебелена линия. Другият ще бъде с прекъсната линия. После ще направя СН3, ето тук. Следващата стъпка в механизма Е1 е отделянето на напускащата група. Сега имаме вода като напускаща група. Знаем, че водата е добра напускаща група. Тези електрони тук се отделят с кислорода. И се отделя вода. Отнемаме връзка от този въглерод. Обръзува се карбокатион. Ще слеза надолу, за да имам повече място. Ще направя нашия карбокатион. Имаме нашия бензенов пръстен, ето тук. Ще поставя тези електрони. И ще имаме веригата, ето така. Ще имаме формален заряд +1 при този въглерод. След като се отдели водата, тук остава формален заряд +1. Знаем, че при механизъм Е1 ни е нужен стабилен карбокатион. А този бензилов карбокатион е много стабилен. Можем да начертаем няколко резонансни структури. Но няма да ги правя сега, за да спестя време. Просто ти давам подсказка, че мога да взема тези електрони и да ги преместя тук. И сега ще покажа това. Ако преместя тези електрони, ще имам заряд +1. Ще взема една връзка от... ще използвам червено за това... взимам една връзка от този въглерод. Сега тук имам заряд +1. Зарядът +1 е тук. После ще имам тези други пи-електрони в пръстена. И можеш да продължиш и да начертаеш още резонансни структури. Например можеш да преместиш електроните тук. Аз няма да го правя, само исках да ти покажа, че това е бензилов карбокатион, който е резонансно стабилизиран. Да се върнем тук горе. Да определим продуктите от тази реакция. Също искам да помислиш за възможността за свободно въртене около тази сигма-връзка тук. Тук има свободно въртене около тази сигма-връзка. Сега ще покажа една гледна точка към нашия карбокатион. Ще нарека този бензилов пръстен фенолна група. Записвам Рh за фенолна група. А това ще бъде нашият карбокатион. Трябва да опитаме да покажем планарната геометрия на този карбокатион. Този въглерод ето тук, който е в цикламено, е sp2-хибридизиран въглерод, в нашия карбокатион. Тук има една нехибридизирана р-орбитала. Ще нарисувам тази р-орбитала тук. И има формален заряд +1 при този въглерод. Тук има формален заряд +1, това е нашият карбокатион. После имаме въглерод, точно тук. И тъй като знаем, че има свободно въртене около тези сигма-връзки тук... тази стрелка, която нарисувах... Ще я оцветя в червено. Ще избера една конкретна конформация. Ще имам един от водородите успоредно на р-орбиталата. Другият водород е тук. После това ще срещне метилова група тук. Това е една възможна конформация. За да видиш как получих тази конформация, ще видим едно видео. Във видеото метиловата група е в червено, за да се вижда по-лесно. Тук е фенолната група, която във видеото ще е във виолетово. Отляво е карбокатионът. Поставям тези пластини тук за р-орбиталата. Геометрията около този карбокатион е планарна (плоска, равнинна). Надявам се, че го виждаш с тези връзки тук. Виолетовото е фенолната група. Знаем, че имаме свободно въртене около тази сигма-връзка. Ще го завъртя, за да получа конформацията, която видяхме тук по-рано. В тази конформация имаме въглерод-водород връзка, която е успоредна на р-орбиталата. Тя може да отдаде известна електронна плътност на тази р-орбитала. При механизма Е1 ние отнемаме протон. Ще махна един протон тук. Ще се престоря, че го махам. Но сега можем да видим алкена, който се получава. Това е транс-алкен, защото обемистата фенолна група е от противоположната страна на двойната връзка, от нашата метилова група. Знаем, че тук има друга възможна конформация, в която друга въглерод-водородна връзка е успоредна на р-орбиталата. Тя може да отдаде известна електронна плътност на р-орбиталата. Ако махна този протон, можеш да видиш, че се получава цис-алкен като продукт. В този случай обемистата фенолна група и метиловата група ще бъдат от едната страна на двойната връзка. Както видяхме във видеото, р-орбиталата в карбокатиона е успоредна с разкъсващата се въглерод-водородна връзка. Значи р-орбиталата ще бъде в тази посока. И нашата въглерод-водородна връзка ще бъде успоредна на това. Електронната плътност от тази връзка може да бъде отдадена на р-орбиталата. Знаем, че в механизма Е1 имаме слаба киселина, която в тази точка отнема този протон. Значи махаме този протон тук. И тези електрони в светло синьо ще се преместят в двойната връзка. Тази конформация ни дава транс-продукт. Ще направя тук нашия транс-продукт. Имаме фенолната група. После имаме двойна връзка. После имаме метилова група, значи СН3. Това е транс-продукт и ние знаем, че различна конформация ще ни даде цис-продукт. Ще направя и другата конформация. Конформацията, от която се получава цис-продукт. Това е нашият фенол. После имаме нашия въглерод, карбокатиона, тук има водород, който излиза навън. И това ще бъде... нека да покажа... планарна геометрия при този карбокатион. Ще имаме р-орбитала ето така. И формален заряд +1, при този въглерод. После имаме другия водород. Сега въглерод-водородната връзка е успоредна с тази р-орбитала. Това е след като я завъртях. Това е различна конформация от тази отляво. Тази конформация има метилова група ето тук. И отново имаме тази електронна плътност, която може да бъде отдадена на р-орбиталата. Основата идва и отнема този протон. Когато това стане, тези електрони се преместват тук. И се получава цис-продукт. Ще покажа цис-продукта. Имаме фенолната група. После е двойната връзка. После е метиловата група, СН3. Това е цис-продуктът. Сега определихме продуктите. Да поговорим защо тази реакция се нарича стереоспецифична. Получихме тези два стереоизомера като продукти. Имаме транс-изомер, който е 95% от продукта. Имаме и цис-изомер, който е само около 5% от продукта. Ще го обясня, като разгледаме двете конформации тук долу. При конформацията отляво обемистата фенолна група и метилова група са относително далеч една от друга в пространството. Това намалява стерео-напрежението. При конформацията отдясно тези две обемисти групи са много близко в пространството. Това дестабилизира тази конформация. Затова получаваме по-малко от цис-продукта. Транс-продукта се образува, защото има понижено стерео засенчване, и транс-продуктът е по-стабилен. Затова тази реакция се нарича стереоспецифична. Предпочита се образуването на по-стабилния изомер, който е транс-продуктът.