If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.

Основное содержание
Текущее время:0:00Общая продолжительность:11:18

Транскрипция к видео

Мы уже знаем, как правильно называть альдегиды и кетоны, и в этом видеоуроке я покажу, каким образом их можно получать. В частности, попробуем синтезировать кетон. Допустим, у нас есть молекула бензола, которая на первой стадии реакции участвовать не будет. Итак, у нас есть бензол и еще у нас есть ацетилхлорид. Выглядит почти также, как альдегид или кетон, за исключением того, что вместо углеводородного радикала или просто атома водорода у него вот здесь находится атом хлора. Итак, ацетилхлорид, который иногда еще называют ацилхлоридом. Вдобавок к ацетилхлориду в реакционной смеси у нас еще присутствует катализатор, хлорид алюминия, который участвует в промежуточных стадиях реакции, но, несмотря на это, остается неизменным. Он только участвует в реакции, не являясь при этом ее реагентом. Катализатор частично изменяется, а затем возвращается в исходное состояние. Итак, вернемся к хлориду алюминия, который связан с тремя атомами хлора. На первой стадии реакции ацетилхлорид превращается в хороший электрофил, который будет способен нарушить ароматичность бензольного кольца, отщепив от него протон, и встать на место отщепленного водорода. По большому счету это ровно такой же механизм, как и механизм электрофильного ароматического замещения. Я плохо запоминаю названия реакций, поэтому представляю это как электрофильное замещение. Так или иначе, это два очень схожих механизма. Точное название реакции, которую я продемонстрирую в этом видеоролике — ацилирование по Фриделю-Крафтсу. Вот этот фрагмент молекулы называется ацильной группой и мы собираемся ацилировать бензольное кольцо. Вот откуда вытекает название реакции. Мы будем добавлять эту выделенную группу к бензольному кольцу. Но хватит говорить о том, что мы увидим. Давайте уже приступим к реакции. Для начала рассмотрим хлорид алюминия. У алюминия в этом соединении электронная недостаточность. Давайте обратимся к таблице Менделеева. Вот здесь находится электроотрицательный хлор. Алюминий находится в той же колонке, что и хлор, только немного правее, и, следовательно, хлор более электроотрицательный элемент. И потому атомы хлора будут стягивать электронную плотность в молекуле на себя. Итак, поскольку атомы хлора будут стягивать электронную плотность на себя, на атоме алюминия возникнет частично положительный заряд. А у каждого атома хлора будет частичный отрицательный заряд. К тому же, как вы видите, алюминий элемент третьей группы. А потому у него три валентных электрона. Электронов явно не хватает, чтобы заполнить внешний электронный уровень алюминия. Даже, учитывая ковалентное связывание алюминия с атомами хлора, у него есть всего лишь шесть электронов. Мы как бы представляем, что эти электроны находятся в общем владении двух атомов алюминия и хлора. Тем не менее, электронов у него всего шесть. А поэтому он хочет получить еще два электрона, чтобы заполнить внешний уровень. Теперь давайте немного обсудим ацетилхлорид. Итак, атом хлора ацетилхлорида стягивает на себя электронную плотность с атома углерода. Хлор электроотрицательнее, а потому может произойти так, что этот электрон перейдет к алюминию. Таким образом, у нас образуется связь с хлором. Итак, если это случится, что мы получим? Как изменятся эти молекулы? Наш алюминий, наш хлорид алюминия, или, точнее то, что раньше было хлоридом алюминия, получило дополнительный электрон и сформировало связь с атомом хлора. Давайте нарисуем этот четвертый хлор. Так, тут я, может быть, не очень понятно написал. Это «L». Мой почерк становится хуже. Это буква «L». И так как алюминий получил электрон, то теперь он несет отрицательный заряд. Как правило, отрицательно заряженные частицы редко бывают стабильны, но благодаря электроотрицательным атомам хлора, которые стягивают на себя отрицательный заряд, конкретно эта частица оказывается относительно устойчивой. К тому же теперь алюминий, наконец-то, заполнил восемью электронами внешний уровень. Один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь электронов. Напомню, что атомы соединенные ковалентной связью владеют электронами совместно. Итак, мы образовали из хлорида алюминия вот такой анион, а ацетилхлорид, в свою очередь, теперь выглядит вот так. Немного отступим вниз. Мы переходим к следующей стадии реакции. Итак, то, что раньше было ацетилхлоридом, потеряло атом хлора и теперь это просто ацильная группа. Карбонильная группа присоединена к CH₃-группе, к метильной группе, вот так. Атом углерода потерял свой электрон, и теперь он положительно заряжен. Поучившийся катион не очень стабильный. Как вы увидите, он высоко реакционноспособен. Это хороший электрофил и он хочет отобрать электроны у других молекул. И, благодаря резонансной стабилизации, этот катион может существовать на протяжении непродолжительного отрезка времени. Вы спросите, где же здесь резонансная стабилизация? Что же, у кислорода есть две пары электронов, которые я до этого не обозначал. Давайте вторую пару нарисуем другим цветом. Итак, две неподеленные пары электронов, вот так. Что произойдет дальше? На этом атоме углерода находится положительный заряд, а кислород электроотрицательнее углерода. Кислород уже стянул на себя электронную плотность и теперь он может вернуть углероду какую-то ее часть. Итак, этот углерод положительно заряжен. Все электроны сосредоточены здесь. И эти электроны притягиваются к положительному заряду, поэтому мы можем представить, как, например, эта пара электронов перейдет к углероду. И если это случится, то мы получим еще одну резонансную форму. Вот так молекула выглядела изначально. Пока что ничего нового мы не нарисовали. У нас по-прежнему здесь двойная связь, а здесь пара электронов. Но теперь эта пара электронов образовала новую связь. Этот электрон рисуем у атома кислорода. Этот электрон — у атома углерода, и далее рисуем новую тройную связь. Что же произошло? Этот положительно заряженный углерод получил электрон и стал незаряженным. А незаряженный кислород отдал протон, так что теперь он заряжен положительно. Очевидно, что вот эта структура не очень стабильна. Существовать сама по себе она не будет, но зато она стабилизирует весь катион целиком. Стабилизирует частицу в целом. Давайте обозначим, что это две альтернативные резонансно стабилизированные структуры. Как я уже говорил ранее, сильной стабилизации ждать не приходится. Эта частица высоко реакционноспособна. И вот теперь в реакцию вступает бензол. Давайте нарисуем здесь разделительную линию, чтобы мы смогли отделить одну стадию реакции от другой. Это была первая стадия. Потом мы перешли сюда и теперь мы добрались до бензола. Бензол, который до этого в реакции никак не участвовал. Итак, рисуем нашу молекулу бензола, вот так. И еще я обозначу один из атомов водорода, принадлежащий бензольному кольцу. Очевидно, что таких водородов еще шесть. Но рисовать их все мне нужды нет, это бы только все усложнило. Как мы уже успели упомянуть, этот катион сильный электрофил. Сильный настолько, что он может перетянуть электронную плотность бензольного кольца на себя, нарушив, тем самым, ароматичность. Итак, если бензол столкнется с этим катионом определенным образом под правильным углом, то тогда электрон этого атома углерода перейдет к ацильной группе. Что же мы тогда получим? Продолжим рисовать механизм реакции вот здесь. Начнем с того, что осталось от бензольного кольца. Здесь и здесь рисуем двойные связи. И, разумеется, этот атом водорода. Но теперь вместо этой двойной связи у нас образовалась связь с ацильной группой. Обозначим синий электрон, который забрала себе ацильная группа. И теперь нарисуем, собственно, ацильную группу. Я как бы развернул ее на 180°, поэтому метильная группа окажется справа. Итак, карбонильная группа связана с метильной группой. Раньше здесь был положительный заряд. Но после того, как ацильная группа получила электрон, заряд исчез. Вот это атом углерод отдал электрон, поэтому он окажется положительно заряжен. Как мы уже успели упомянуть, хлорид алюминия — это катализатор, а, следовательно, он должен вернуться к своему первоначальному виду. Мы вновь должны получить хлорид алюминия. Так вот, приступим. Итак, хлорид алюминия. Я просто скопирую и вставлю его. Вставим его вот сюда, рядом с бензольным кольцом, которое хочет вернуться к ароматичности. Для того чтобы это произошло электрон атома водорода должен перейти к атому углерода, к этому карбокатиону. В тоже время, если этот анион подойдет к атому водорода под определенным углом и в правильный момент времени, когда ацильная группа присоединена к этому углероду, то тогда атом хлора сможет передать этот зеленый электрон ядру атома водорода или, проще говоря, протону. И затем этот карбокатион сможет забрать себе электрон водорода. Что же у нас получается? Вновь образуется бензольное кольцо. Мы получили ароматическое соединение. Рисуем двойную связь здесь, двойную связь здесь и теперь еще и эту двойную связь, на образование которой пошел электрон атома водорода. Мы заместили этот атом водорода на ацильную группу. Здесь у нас будет углерод, соединенный двойной связью с кислородом и одинарной связью с метильной группой. Этот анион отдал электрон и снова превратился в хлорид алюминия. Мы вновь вернулись к первоначальной нейтральной молекуле с электронной недостаточностью. И, собственно, все. Мы только что проацилировали бензольное кольцо. Как мы уже говорили в начале, именно поэтому реакция и называется ацилированием по Фриделю-Крафтсу. По Фриделю-Крафтсу. Фридель в прошлом был ректором Массачусетского технологического института. К сожалению, докторской степени он не получил, но поскольку он открыл реакции ацилирования и алкилировани по Фриделю-Крафтсу, его заметили и решили сделать ректором института. Как бы то ни было, я просто хотел продемонстрировать реакцию синтеза кетона. Кетон, который мы получили называется ацетофенон. Мы уже сталкивались с ним, когда проходили тривиальные наименования молекул в видеоуроке, посвященном кетонам. Выберем фиолетовый цвет. Запишем: ацетофенон. Готово Subtitles by the Amara.org community