Восстановление по Бёрчу. Часть II

В предыдущем видео мы рассмотрели механизм реакции восстановления Берча. А в этом видео разберем, что же происходит с реакцией Берча в случае замещенного бензольного кольца. Вот бензольное кольцо с заместителем. Добавляем натрий, жидкий аммиак и спирт. И именно от заместителя будет зависеть, какие атомы углерода будут восстановлены. К примеру, если в кольце присутствует электроноакцепторная группа, то углерод, связанный с заместителем, будет восстановлен. Если в кольце присутствует электронодонорная группа, то углерод, связанный с этим заместителем, не будет восстановлен. Посмотрим, почему это происходит, посредством того или иного механизма в каждом из этих примеров. Начнем с электроноакцепторной группы. Итак, у нас имеется электроноакцепторная группа, которая представляет собой эфир на бензольном кольце. И мы начнем с натрия, который, как мы помним, содержит один электрон на внешней электронной оболочке. Я изображу механизм и мы подробно поговорим о том, почему все происходит именно так. Итак, вот этот одиночный электрон должен перейти к этому углероду. Здесь есть связь, которая состоит из двух электронов. И один из этих электронов также должен перейти к этому углероду, а другой переместится вот сюда. То же самое будет происходить и с другой связью. Один из электронов должен перейти сюда, а другой должен перейти к этому углероду. Проследим за перемещениями всех этих электронов. Итак, здесь у нас эфирная группа. Мы добавили к этому углероду электрон от натрия. Мы получили другой электрон из этой связи, и поэтому этот углерод приобрел отрицательный заряд. И вот здесь у нас сформировалась π-связь. И вот здесь π-связь уже была. И затем, разумеется, мы добавили один электрон к этому углероду. И вот у нас получился радикал-анион. Если вы немного запутались в перемещении этих электронов, пересмотрите предыдущее видео, чтобы досконально разобраться в этом механизме. Итак, переходим к следующему этапу нашей реакции, а мы знаем, что это этап протонирования. В реакцию вступает спирт, и с его помощью протонируется анион. Эти электроны связываются с протоном, в результате эти электроны переходят к кислороду. Покажем результат на рисунке. Итак, вот это π-электроны. Здесь находится электроноакцепторная группа, то есть эфир. А на этом углероде у нас находился электрон. А поскольку углерод уже был связан с водородом, и эти электроны захватили протон, сейчас этот углерод связан уже с двумя атомами водорода. Третий этап механизма. Мы начали с электрона, перешли к протонированию, и знаем, что в третьем этапе опять задействован электрон. Снова берем натрий с одним электроном на внешней электронной оболочке. Натрий отдает его углероду, уже имеющему один электрон. Вот он, этот углерод. Изобразим результат. Вот кольцо, вот π-электроны в кольце, к нему уже присоединены атомы водорода. Здесь к кольцу присоединена эфирная группа. У этого углерода уже был один электрон, а натрий отдал ему еще один, в результате чего он приобрел отрицательный заряд, то есть, у нас получился анион. И заключительным этапом реакции будет еще одно протонирование. Теперь покажем, как анион получает протон из молекулы спирта. Нарисуем формулу конечного продукта. Вот кольцо, здесь π-электроны, это атомы водорода, связанные с этим углеродом, и вот здесь к кольцу присоединена эфирная группа. И я присоединил протон к этому углероду. Так выглядит конечный продукт. И вы видите, что углерод, связанный с нашей электроноакцепторной группой, восстановился. Он получил дополнительный протон. И вопрос состоит в следующем, почему? Почему у нас получился вот такой продукт? И чтобы понять это, мы должны вернуться к вот этой структуре. Это наш анионный этап. Нарисуем резонансную структуру для этого аниона, поскольку здесь присутствует вот эта электроноакцепторная группа. Расставлю резонансные скобки и резонансную стрелку. Это отрицательный заряд. Я хочу выделить это красным цветом. Итак, вот эти электроны могут принимать участие в резонансе в связи с присутствием нашей электроноакцепторной группы. И мы помним, что этот кислород имеет две неподеленные пары электронов. И поэтому, если эти электроны переместятся сюда и образуют связь, то это приведет к переходу этих π-электронов на кислород. Изобразим резонансные структуры. Итак, кольцо, это π-электроны. Теперь углерод на нашем кольце образовал двойную связь с углеродом, вот здесь. И этот углерод связан с кислородом, а у кислорода теперь имеются три неподеленные пары электронов, благодаря которым он и приобретает отрицательный заряд. И у нас по-прежнему сохраняется этот фрагмент молекулы, и, разумеется, эти атомы водорода. Выделю эти электроны красным цветом. Эти красные электроны переместились сюда и образовали π-связь. И в результате произошла стабилизация резонанса электронной плотности в ипсо-положении. Итак, ипсо-положение — это положение непосредственно рядом с заместителем. Вот это углерод в нашем кольце, образовавший связь с заместителем. И в результате присутствия электроноакцепторной группы, электронная плотность в этой позиции стабилизируется. И в самом деле, если вы вернетесь назад к радикал-аниону, то увидите, что электроны действительно делокализованы. И поэтому присутствие данной электроноакцепторной группы стабилизирует электронную плотность в ипсо-положении, а также в пара-положении. И именно поэтому вы наблюдаете восстановление именно этих атомов углерода. Итак, теперь стало ясно, почему получается именно этот продукт, когда в кольце присутствует электроноакцепторная группа. Рассмотрим теперь пример с электронодонорной группой, и затем попытаемся их сравнить. Электронодонорной группой будет являться метоксильная группа. Вот это наша метоксильная группа, в которой, как мы знаем, кислород несет две неподеленные пары электронов. Одна из них может способствовать увеличению электронной плотности в кольце. И поэтому метоксильная группа является электронодонорной, что мы уже видели в некоторых предыдущих видео. Начнем разбирать механизм и опять я постараюсь объяснить ход этой реакции. И мы поговорим о том, почему в конце-концов она происходит. Итак, натрий отдает свой электрон с внешней оболочки кольцу, а именно этому атому углерода. Для образования этой связи один из электронов переходит к тому же самому атому углерода, который уже получил электрон от натрия, и затем другой электрон перемещается сюда. Итак, в этой связи один из электронов переходит сюда, а другой электрон переходит к этому атому углерода. Теперь покажем результат всех этих перемещений. Здесь у нас метоксильная группа. Углерод получает один электрон от натрия, а другой электрон он получает из связи, и поэтому он теперь имеет отрицательный заряд. У нас здесь образовалась π-связь, а также здесь у нас имеется неспаренный электрон, получился радикал-анион. Следующим этапом будет протонирование. Для этого добавляем спирт. Итак, наш карбанион функционирует в роли основания, захватывает протон, Посмотрим, что же произойдет после того, как наше кольцо протонировалось. Это протонирование в орто-положении. Вот наш углерод, протонирование происходит в орто-положении по отношению к нашей метоксильной группе, поскольку водород в этом кольце уже имеется, и мы протонировали его. И теперь в этом кольце имеются два атома водорода. Вот здесь π-связь. У нас по-прежнему есть неспаренный электрон. Третьим этапом реакции будет переход электрона, который мы получаем от натрия. Итак, появляется натрий и отдает электрон внешней электронной оболочке. Посмотрим, что получается. Итак, у нас есть кольцо, с электронодонорной группой, π-электроны здесь и здесь. И у нас уже были эти атомы водорода. И у этого атома углерода был один электрон. Мы получили еще один от натрия, в результате чего у углерода появился отрицательный заряд и мы получили анион. Итак, следующим этапом будет протонирование, и в этот раз протонирование происходит в мета-положении по отношению к электронодонорной группе. Нам нужен вот этот углерод. В данном случае у нас наблюдается мета-протонирование по отношению к положению электронодонорной группы. Поэтому эти электроны будут захватывать протон из спирта. Электроны смещаются сюда, и теперь мы можем показать полученный продукт. Итак, вот метоксильная группа, π-электроны. У нас имеются атомы водорода на этом углероде, у него уже был один. Он захватил протон, и поэтому теперь у него два водорода. И вот мы подошли к концу. Вот это наш конечный продукт. И вопрос заключается в том, почему эта ситуация немного отличается от таковой с электроноакцепторной группой? Почему электронодонорная группа действует именно так? Итак, опять мы можем посмотреть на углерод, связанный с метоксильной группой, электронодонорной группой. Этот углерод не восстанавливается. Одним из способов понять, почему это так, обратить внимание на то, что основная часть электронной плотности находится в орто- и мета-положениях, Давайте покажем это на рисунке. И именно эти атомы углерода и были восстановлены. И теперь становится понятно, что не восстанавливается углерод, который был соединен с электронодонорной группой, поскольку электронодонорная группа передает электронную плотность этому атому углерода. Покажу это на рисунке, глядя на который, вы сможете лучше понять суть того, о чем я говорю. Если у меня имеется электронодонорная группа, то я могу перемещать эти электроны сюда. И поэтому здесь электронная плотность становится больше. А если у нас имеется отрицательный заряд, или увеличение электронной плотности непосредственно на этом углероде, то эти электроны, несомненно, будут дестабилизировать анион или электронную плотность в данном положении, то есть в ипсо-положении. И вы увидите, что восстановление в ипсо- и пара-положениях не происходит. Оно происходило в случае электроноакцепторной группы. Электроноакцепторная группа стабилизировала электронную плотность в ипсо- и в пара- положениях, но с электронодонорной группой все иначе. Она будет дестабилизировать электронную плотность в этих положениях, и вот почему мы говорим об орто- и мета-положениях, потому что они находятся как бы в стороне. И поэтому значимой дестабилизации не происходит. И, разумеется, вы можете рассмотреть это орто-положение и это мета-положение. Это не имеет существенного значения вследствие симметрии в данном примере. Это один из подходов. Может быть, это не самое лучшее объяснение, однако это лучший способ представить то, что мы обсуждаем здесь. И в то же самое время, существуют определенные разногласия относительно порядка протонирования. И оказывается, что вначале происходит протонирование в орто-положении, и затем происходит протонирование в мета-положении. Хотя некоторые люди все же считают, что сначала идет мета-протонирование, а за ним орто-протонирование. Но я полагаю, исследования доказали, что орто-протонирование все-таки происходит раньше, чем мета-протонирование. Итак, вы получили некоторое представление об электроноакцепторных и электронодонорных группах, а также о тех эффектах, которые они оказывают на реакцию восстановления Берча. Subtitles by the Amara.org community