Образуване на халогенохидрини

Това е общата реакция за получаване на халогенхидрини от алкени. Започваме с алкена отляво и прибавяме халоген и вода, можеш да видиш, че ОН и халогена се присъединяват към противоположните страни или анти. Значи анти или на срещуположните страни на мястото, където се намираше двойната връзка. Механизмът на тази реакция започва по същия начин както при реакцията на халогениране. Тук халогенът се приближава към алкена. В онова видео видяхме, че халогенът принципно е неполярен, защото двата атома имат еднаква електроотрицателност. Тези сини електрони са тук и се притеглят с еднаква сила от двата халогена, така че това е неполярна молекула. Обаче, ако пи-електроните в моя алкен тук се окажат твърде близо до тези електрони в синьо, виждаме как това може да предизвика временен дипол в молекулата на халогена. Тези електрони в синьо се отблъскват от електроните в цикламено и се избутват към горния халоген, което придава на горния халоген частично отрицателен заряд и оставя долния халоген с частично положителен заряд. Долният халоген сега е електрофил, който иска електрони. Той ще получи електрони от тези пи-електрони, които ще се преместят и нуклеофилът атакува този частично положително зареден халогенен атом. После тази несподелена електронна двойка ще образува връзка с този въглерод, а в същото време сините електрони се преместват при този халоген. Когато обобщим резултата от движението на всички тези електрони, тук се образува връзка между въглерода отдясно и халогена и ще го покажем с тези електрони в цикламено. Сега тук има връзка. Използваме червените електрони преди да покажем, че тези електрони образуват връзка с този въглерод отляво. Този халоген има две несподелени електронни двойки все още, поради което има формален заряд +1. Нарекохме това в предишното видео халониев йон. Когато разглеждам този халониев йон, мисля, че халогенът е много електроотрицателен. Той ще привлече електроните в цикламено към себе си. Така че ще отнеме малко електронна плътност от този въглерод тук долу. Така че този водород е частично положителен. Той ще има частично свойства на карбокатион. В следващата стъпка на механизма се появява водата. Водата действа като нуклеофил. Една от несподелените електронни двойки на водата ще атакува нуклеофилно нашия електрофил, който е този въглерод ето тук. И когато тази несподелена електронна двойка на кислорода атакува този въглерод, това ще изтласка електроните в цикламено към този халоген. Затова сега да нарисуваме продукта. Ще имаме тук при левия въглерод този халоген, който имаше две единични двойки електрони. Той привлече тези в цикламено и сега изглежда ето така. Отдясно все още имаме въглерод, свързан с други неща, и сега е свързан и с това, което беше водна молекула. Кислородът сега е свързан с въглерод. И тук все още има една несподелена електронна двойка при този кислород, което му придава формален заряд +1. Ще оцветя тези електрони в синьо. Електроните в синьо ето тук, са тези, които образуват връзка между въглерода и кислорода. Почти сме готови. Последната стъпка на механизма е реакция между киселина и основа. Идва друга водна молекула, една от несподелените електронни двойки на водната молекула ще действа като основа и ще вземе този протон, като електроните остават при кислорода. И накрая сме готови. Получихме нашия халогенхидрин, нали? Имаме халогена от едната страна. После имаме ОН-групата от другата страна. Сега да видим един пример, където можем да разгледаме стереохимията на процеса. Ако започна с един алкен, и нека към този алкен добавим бром и вода. Ще го разгледаме по два начина. Започваме с този отляво. Значи Br2 и H2O. После ще се върнем и ще направим това тук отдясно. Значи Br2 и H2O. Отляво ще разгледам образуването на бромониевия йон. Ще разгледам тази молекула един вид отгоре, т.е. гледаме надолу. Бромониевият йон ще се образува ето така. Тук горе ще се получи бром. Ще има две несподелени електронни двойки при този бром. Ще има формален заряд +1. Ако погледна този въглерод тук, това е този въглерод. Значи метиловата група сега отива надолу в пространството. Като присъединим бромониевия йон това ще бъде междинното съединение. И когато се приближи молекула вода, която дейсва като нуклеофил, така че ето Н2О, кой въглерод ще атакува кислорода? Имаме два варианта, нали? Този кислород може да атакува този въглерод отляво, или може да атакува този въглерод отдясно. Било е установено, че той ще атакува най-заместения въглерод. Така че ако погледна към въглерода отляво, и искам да определя какъв вид карбокатион ще бъде това, въглеродът отляво е свързан с два други въглерода. Това прилича на вторичен карбокатион, или поне частично има характер на карбокатион. Можеш да го разглеждаш като частичен вторичен карбокатион отляво, който е частично положителен. Отдясно, ако разгледам този въглерод тук, който е в червено... Ако го разгледам като карбокатион, той ще бъде свързан с един, два, три други въглерода. Това е третичен карбокатион. Знаем, че третичните карбокатиони са по-стабилни от вторичните. И макар това да не е напълно карбокатион, въглеродът в червено показва частично свойства на карбокатион, и точно тук ще атакува водата. Нуклеофилът ще атакува електрофила. Той е по-стабилен за атакуване от този отдясно, тъй като има частично характер на карбокатион, сходен е на третичен карбокатион. Ако той атакува въглерода отдясно, тези електрони тук ще се преместят при брома. Сега ще напиша какво ще се получи след тази нуклеофилна атака. Какво ще получим? Първо ще направя пръстена. Бромът ще се премести при въглерода отляво. Той сега ще има три несподелени електронни двойки. Метиловата група, която е под равнината ще бъде избутана нагоре, когато водата осъществи нуклеофилната атака. Сега метиловата група е нагоре, а този кислород ще бъде свързан с този въглерод. Тук все още имаме два водорода, свързани с него. И тук има несподелена електронна двойка при този кислород, което му дава формален заряд +1. Сега пак ще оцветя тези електрони. Ще ги направя сини. Тези електрони тук са тези, които образуват тази връзка. Така че да се върнем и да помислим за образуването на този цикличен бромониев йон по различен начин. Отляво показах присъединяването на брома отгоре. Но ако разглеждаме частта с двойната връзка от изходното вещество, има възможност бромониевият йон да се получи и отдолу на равнината. Ще напиша резултата от това тук отдясно. Това е другият бромониев йон, който е възможно да се получи. Този път бромът се присъединява отдолу на плоскостта, ето така. Той ще има две несподелени електронни двойки и формален заряд +1, както обикновено. Това е въглеродът, който е свързан с метилова група, нали? Ще направя и това също. Да видим, поставям го така. Това е СН3. Този път, когато мисля къде ще атакува водната молекула... да разгледаме водата като нуклеофил... това е същото нещо, ако сравня въглеродите от двете страни. Ще сравня този въглерод и този въглерод. Въглеродът отдясно ще бъде най-стабилният частичен карбокатион, нали? Записвам тук частичен карбокатион. Той ще бъде най-стабилният. Тук ще атакува моя нуклеофил. Значи тази несподелена двойка електрони при кислорода ще атакува ето тук, като ще избута тези електрони върху брома. Сега ще напиша резултата от нуклеофилната атака. Да видим какво се получава. Имам пръстен. Сега кислородът ще е свързан тук. Той все още е свързан с два водорода. Има несподелена електронна двойка, което му придава формален заряд +1. Когато кислородът атакува, тогава ще избута надолу метиловата група. Тази метилова група ще бъде преместена отдолу спрямо плоскостта на пръстена. Сега имаме метилова група надолу от този въглерод. Бромът ще се премести при въглерода отляво. Това е положението на брома. В последната стъпка... сега тези двамата тук... те и двамата ще загубят по един протон в следващата стъпка. Това е реакция киселина-основа. Можем да покажем водата, която се приближава. За молекулата отляво водата се приближава. Водата ще отнеме този протон. Тези електрони ще отидат при кислорода. Можем да напишем продукта. Ако трябва да напишем продукта, поглеждаме надолу ето така. Това тук ще разглеждаме като горния въглерод. Тук има метилова група нагоре при този въглерод. Мога да кажа, че това, след като загуби протон, този въглерод в синьо ще има една метилова група над равнината на пръстена. И ще има една ОН-група надолу. Значи тази ОН-група ще бъде под равнината. Тук поставям ОН, която се отдалечава от мен в пространството. После е този бром ето тук. Този бром сочи към мен. Значи го поставям с удебелена черта. Това е един от възможните продукти. Тук отдясно, ако това е, което се случва отдясно, ще направя същото нещо. Поставям си окото тук и гледам надолу, като този въглерод е горният въглерод. Ще направя моя циклохексанов пръстен. Сега ОН-групата сочи към мен, след като загуби един протон. Ако искам, тук мога да запиша водна молекула, за да покажа последната стъпка от механизма. Несподелената електронна двойка отнема този протон, оставя тези електрони и се получава ОН-групата, която сочи към нас в пространството. И после тази метилова група ще се отдалечава от нас в пространството. Затова поставям тази метилова група с прекъсната линия. И накрая този бром тук също се отдалечава от мен. Това ще бъде с прекъсната линия на пръстена, ето така. И сега, когато имам двата продукта, мога да ги анализирам. И виждам, че те са енантиомери един спрямо друг. Забележка: и в двата случая OH и Br са присъединени в анти-позиция. Така че това са две различни молекули. Можем да погледнем тези крайни конфигурации бързо. Виждам, че имаме въглерод, който сочи към мен и е с удебелена черта, а кислородът се отдалечава. И това е наобратно тук отдясно. Тук кислородът сочи към мен и е с удебелена черта, а въглеродът се отдалечава и е с прекъсната черта. Бромът сочи към нас отляво, а бромът се отдалечава от нас отдясно. Така че имам различни абсолютни конфигурации и в двата хирални центъра. Така че това са енантиомери помежду си.