10.3: Реакції алкенів - додавання води (або алкоголю) до алкенів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 24546

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Додавання води до алкенів (гідратація алкенів)

Алкен не вступає в реакцію з чистою водою, оскільки вода недостатньо кисла, щоб дозволити водню діяти як електрофіл, щоб почати реакцію. Однак при наявності невеликої кількості кислоти реакція дійсно відбувається з молекулою води, доданою в подвійний зв'язок алкену, і продукт є спиртом. Це каталізована кислотою реакція додавання води до алкену (також називається гідратацією), і ця реакція має велику корисність у великому промисловому виробництві деяких низькомолекулярних спиртів.

алкен реагує з водою з кислим каталізатором, виробляє спирт — Малюнок 10.3a Реакція гідратації

Найбільш часто застосовується для каталізації цієї реакції кислотою є розведений водний розчин сірчаної кислоти (H ₂ SO ₄). Сірчана кислота повністю дисоціює у водному розчині і утворюється іон водню (H ₃ O ⁺) бере участь в реакції. Іноді також використовується сильна органічна кислота, тозиловая кислота (ЦОГ).

Механізм кислотно-каталізованої гідратації алкену по суті такий же, як механізм додавання галогеніду водню, HX, до алкенів, і тому реакція слідує правилу Марковникова також з точки зору регіоселективності. Гідратація 1-метилциклогексену та механізм реакції показані нижче.

Малюнок 10.3b Механізм кислотно-каталізованої гідратації алкену

Оскільки молекулу води можна розглядати як H—OH, то регіоселективність спиртового продукту, що слідує правилу Марковникова, означає, що атом водню з'єднується з вуглецем подвійного зв'язку, який має більше атомів водню, а група OH додає до вуглецю, який має менше атомів водню. Це можна пояснити ще раз утворенням більш стійкого карбокатіона на першому кроці механізму. Кислий іон гідронію (H ₃ O ⁺) регенерується на останній стадії депротонації, тому для початку реакції потрібна лише невелика кількість кислоти, тому кислота є каталізатором.

Порівнюючи реакцію гідратації алкену з реакцією зневоднення алкоголю в розділі 10.1.2, ви б визнали, що вони є зворотними реакціями, одна - додавання, а інша - елімінація. Щоб виробляти спирт з алкену шляхом гідратації, вода повинна бути в надлишку, щоб гарантувати, що реакція йде до завершення. Хоча для приготування алкену з алкоголю через зневоднення висока концентрація кислоти з підвищеною температурою сприяє процесу ліквідації, і продукт може бути видалений дистиляцією, оскільки вони утворюються, щоб підштовхнути рівновагу до алкенової сторони.

Малюнок 10.3c Реакція гідратації алкену проти дегідратації реакції алкоголю

Додавання алкоголю в алкени

При наявності кислоти в алкен можна додавати спирт так само, як і вода, і ефір утворюється як продукт. Наприклад:

2-метил-1-бутен плюс CH3OH з кислим каталізатором (H30 +) виробляє 2-метил-2-метоксибутан — Малюнок 10.3d Приклад додавання алкоголю в алкени

Приклади:

Показати механізм вищевказаної реакції приєднання метанолу до 2-метил-1-бутену.

Зверніться до механізму гідратації.

Рішення:

Механізм: додавання метанолу до 2-метил-1-бутену

Крок 1: Електрофільна атака Н ₃ О ⁺ на алкен, карбокатіонний проміжний утворений

Крок 2: Метанол реагує з карбокацією

Крок 3: Депротонація для отримання нейтрального продукту

Примітка: Будь ласка, майте на увазі, що для реакції, яка включає карбокатіонний проміжний продукт, перестановка карбокатіону завжди є варіантом. Тому додавання води/алкоголю до алкенів може включати перестановку карбокатів, якщо це можливо.

Вправи 10.3

Показати основні продукти для наступних реакцій.

Відповіді на практичні питання Глава 10