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Ein Beispiel für ein organisches chemisches Mechanismusproblem

Ein Beispiel für ein organisches chemisches Mechanismusproblem - Dummies

Angenommen, Sie arbeiten an einer organischen Chemie und Sie werden gebeten, einen Mechanismus für die Umwandlung des in der folgenden Abbildung gezeigten Alkohols in das gezeigte Alken vorzuschlagen. in der gleichen Figur.

Ein Beispiel für ein Mechanismusproblem.

Zunächst möchten Sie herausfinden, mit welchem ​​Mechanismus Sie es zu tun haben. Ist es eine Säure oder ein Basismechanismus? Ist es ein Nucleophil oder ein elektrophiler Mechanismus? Ist es ein Mechanismus der freien Radikale? Da das Reagenz Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) plus Δ ist (ein Symbol, das anzeigt, dass die Reaktionsmischung erhitzt wird), wird die Reaktion eine saure Reaktion sein.

Zweitens: Identifizieren Sie, wo Sie in den Mechanismus gehen. Die Umwandlung eines Alkohols in ein Alken ist normalerweise mit einer Dehydratisierung (Wasserverlust) verbunden. Aber Sie können bemerken, dass das Alken in dem Produkt in einer ungewöhnlichen Position ist, weil die Dehydratisierung gewöhnlich das Alken benachbart zu dem Ausgangsalkohol bringt. Das Produkt hat in diesem Fall die Doppelbindung ein Kohlenstoffatom weiter von seiner erwarteten Position entfernt. Sie könnten also etwas Ungewöhnliches in diesem Mechanismus erwarten, das für die ungewöhnliche Regiochemie der Reaktion verantwortlich ist.

Nun, da Sie ungefähr wissen, wo Sie sich in diesem Mechanismus befinden, können Sie beginnen, eine Route vorzuschlagen, um dorthin zu gelangen. In einem sauren Mechanismus suchen Sie als erstes nach einer Stelle im Molekül, die protoniert werden kann. Die einzige basische Stelle des Ausgangsmaterials ist in diesem Fall der Alkohol, daher wäre der erste Schritt die Protonierung der Alkoholgruppe durch Schwefelsäure.

Der erste Schritt in sauren Mechanismen ist fast immer Protonierung.

Wie immer folge den Konventionen für das Schieben von Pfeilen, indem du vollköpfige Pfeile von Elektronen zu ihrem Zielpunkt ziehst. (Die einzigen Mechanismen, die einköpfige Pfeile verwenden, sind radikalische Mechanismen.)

Weil viele Professoren der organischen Chemie davon überzeugt sind, dass der innerste Kreis von Dantes Hölle denjenigen Studenten vorbehalten ist, die ständig die Protonierung falsch zeichnen, stellen Sie sicher, dass immer Zeichne den Pfeil von den Elektronen auf der Basis zum sauren Proton, das die Elektronen angreifen. Begehen Sie niemals die unverzeihliche Sünde, aus einem sauren H + einen Pfeil zu ziehen. Um die Bewegung von Atomen und Ladungen einfacher verfolgen zu können, werden die Atome an den sich in der Reaktion ändernden Molekülteilen explizit mit der vollen Lewis-Struktur herausgezogen, wie die folgende Abbildung zeigt.

Der erste Schritt.

Als nächstes untersuchen Sie die Konsequenzen der Protonierung. Was können Sie jetzt tun, was Sie vorher nicht konnten?Eine Sache, die Sie jetzt tun können, dass der Alkohol protoniert wird, ist ein Carbokation. Obwohl Hydroxidionen, OH - , eine schlechte Abgangsgruppe sind (starke Basen sind schlechte Abgangsgruppen), ist Wasser eine gute Abgangsgruppe. Wie in einem typischen Alkohol-Dehydratisierungsmechanismus beinhaltet der nächste Schritt den Verlust von Wasser, um ein sekundäres Carbokation zu erzeugen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Einen Carbokation herstellen.

Bei der Alkohol-Dehydratisierung, wenn das Carbokation gebildet wird, ist der nächste Schritt normalerweise die Bildung der Doppelbindung durch Eliminierung eines Protons. In diesem Schritt würde dies jedoch die Doppelbindung in der falschen Position bilden. Irgendwie muss sich das Carbokation so bewegen, dass bei der Eliminierung von Wasserstoff die Doppelbindung in der richtigen Position gebildet wird.

Bei näherer Betrachtung können Sie feststellen, dass sich das Carbokation neben einem tertiären Kohlenstoffzentrum befindet. Das Carbokation ist derzeit ein sekundäres Carbokation, aber es möchte dringend ein tertiäres Carbokation werden. (Tertiäre Carbokationen sind stabiler als sekundäre Carbokationen.) Ein pragmatischerer Denkprozess könnte sein, dass sich hier das Kation nach bewegen muss, um an der richtigen Stelle eliminiert zu werden. Um das Carbokation in die Tertiärposition zu bringen, führen Sie eine Hydridverschiebung durch, die das tertiäre Wasserstoffatom und beide Elektronen in der CH-Bindung zum Kationenzentrum bewegt und den tertiären Kohlenstoff mit der positiven Ladung zurücklässt. Dieser Schritt ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Achten Sie auf Verschiebungen in den Kationenmechanismen.

Nun führt die Eliminierung eines Protons zum richtigen Alken. Die Deprotonierung ist in der folgenden Abbildung gezeigt, wobei Wasser verwendet wird, um ein Molekül Säure zu regenerieren. Sie könnten hier auch die konjugierte Base der Schwefelsäure als Base verwenden.

Bildung des Alkens.