Reguła Markownikowa: Szczegółowe Informacje
- Szczegóły
Reguła Markownikowa jest kluczowym zagadnieniem w chemii organicznej, szczególnie istotnym podczas analizy reakcji addycji do alkenów i alkinów. Znajomość tej reguły jest często wymagana na egzaminach maturalnych, gdzie pojawiają się zadania z nią związane.
Definicja Reguły Markownikowa
Regułę Markownikowa stosuje się podczas addycji niesymetrycznych cząsteczek do alkenów i alkinów. Brzmi ona następująco:
"Podczas addycji niesymetrycznych cząsteczek do wiązania pi, atom wodoru dołącza się do tego węgla C=, który połączony jest z większą liczbą atomów wodoru."
Reguła Markownikowa dotyczy reakcji addycji cząsteczek typu HX (np. HCl, HBr, HI, H2O) do niesymetrycznych cząsteczek alkenów (np. H2C=CH-CH3). Mówi o tym, że atom wodoru pochodzący z cząsteczki HX przyłączany jest do atomu węgla związanego już z większą liczbą atomów wodoru.
Uproszczona wersja reguły Markownikowa
Uproszczona wersja sformułowania tej reguły mówi, że bardziej elektroujemna grupa przyłącza się zawsze do tego atomu węgla, przy którym jest mniej atomów wodoru lub że bardziej elektrododatnia grupa przyłącza się do tego atomu węgla, przy którym jest więcej atomów wodoru.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
Przykłady Zastosowania Reguły Markownikowa
Zacznijmy od reakcji addycji chlorowodoru do cząsteczki propenu. Zapisujemy substraty tej reakcji:
Jeżeli popatrzymy na cząsteczkę propenu, to widzimy, że mamy przy nim węgiel oznaczony na zielono, który jest połączony z dwoma wodorami oraz węgiel oznaczony na czerwono, który jest połączony z jednym wodorem. Zgodnie więc z regułą Markownikowa wodór z cząsteczki HCl dołączy się do węgla zielonego, który połączony jest z większą ilością wodorów. Popatrzmy na produkt główny reakcji:
Jest to produkt główny reakcji. Oczywiście, nie oznacza to że drugi produkt reakcji (w którym to wodór dołącza się do węgla zawierającego mniejszą liczbę wodorów) nie powstaje. Owszem, powstaje ale w mniejszej ilości, czasami bliskiej 0%. Jeżeli jednak w zadaniu jest wyraźnie wskazane, że mamy podać produkt uboczny, tak jak w poniższym przykładzie, to musimy to zrobić.
Przeanalizujmy reakcję addycji wody do but-1-enu:
Tak więc w produkcie ubocznym wodór przyłączy się do tego węgla, który ma mniej wodorów, czyli drugiego od prawej strony. Przypominam, że w reakcjach typu addycja rozważamy tylko te węgle, które uczestniczą w tworzeniu wiązania podwójnego! A więc zapiszmy produkt uboczny tej przemiany:
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Dla porównania popatrzmy jeszcze na produkt główny reakcji addycji, czyli ten o którym mówi reguła Markownikowa:
Pamiętajcie, że jeżeli w zadaniu nic nie jest napisane o produkcie ubocznym, to po prostu go nie rozważamy. Tak naprawdę, większość reakcji w chemii towarzyszy powstawanie różnych produktów ubocznych, jednak jeżeli mielibyśmy je wszystkie wypisywać, to byłoby to bardzo kłopotliwe i po prostu trudne. Dlatego też w większości przypadków, jeżeli jakiś produkt powstaje w małej ilości, to po prostu go ignorujemy.
I jeszcze jeden przykład na koniec. Możemy również rozważać reakcje addycji dla alkinów, pamiętając o tym, że do alkinów można przyłączyć dwukrotnie więcej cząsteczek. Dla przykładu, przeanalizujmy reakcję addycji 2 cząsteczek HBr do propynu:
Wielu uczniów popełnia w takim przypadku błąd, zapominając o regule Markownikowa i dołączając podstawniki wg własnego uznania. Aby nie popełnić tutaj błędu, przeanalizujmy 2-etapowo tę reakcję. Na początku dołączmy jedną cząsteczkę HBr:
Widzimy, że pękło nam wiązanie potrójne i wodór przyłączył się do węgla zawierającego więcej wodorów. Jednocześnie jednak mamy jeszcze wiązanie podwójne, które rozbijemy dopiero 2 etapie.
Przeczytaj także: Odwrócona osmoza: Twój przewodnik
Wyjątki od Reguły Markownikowa
Reguła Markownikowa nie jest zawsze spełniona dla wszystkich reakcji addycji do wiązania −C=C−. Ściśle biorąc, jest ona spełniona tylko wtedy, gdy reakcja ta zachodzi poprzez mechanizm jonowy, jednocząsteczkowy (Ae1). Gdy reakcja ta przebiega według innego mechanizmu, często dochodzi do przyłączenia niezgodnie z regułą Markownikowa - mówi się wtedy o addycji "antymarkownikowskiej". Przykładem takiej reakcji jest np.
Reguła Markownikowa a Reguła Zajcewa
Reguła Markownikowa służy do wyboru produktu addycji, a reguła Zajcewa do wyboru produktu eliminacji, czyli procesu przeciwnego. Reakcja eliminacji to proces przeciwny do addycji. Przy wyborze produktu głównego pomoże nam reguła Zajcewa. W tej reakcji głównym produktem będzie kandydat numer jeden.
Jeśli potraktowałbyś Zajcewa jako takiego wroga, przeciwnika Markownikowa to łatwo to wtedy wszystko zapamiętać.
| Reguła Markownikowa | Reguła Zajcewa |
|---|---|
| Służy do reakcji addycji. | Służy do reakcji eliminacji (czyli jakby odejmowania). |
| Def. Wodór przyłącza się do tego węgla, w którym jest więcej atomów wodoru | Def. Wodór zabieramy z tego węgla, w którym jest mniej atomów wodoru |
Niczym odwieczny spór kawa vs herbata podczas wizyty gości, mamy pojedynek Markownikow vs Zajcew ! Zobacz, że wcale nie było to takie trudne, prawda!? Dwa przykłady, które dobrze obrazują, że reguła Zajcewa jest takim jakby przeciwieństwem reguły Markownikowa.
Mechanizm Reakcji i Trwałość Karbokationów
Reakcje w chemii organicznej są w większości polarne. Oznacza to, że polegają na interakcji elektrofila z nukleofilem, a prościej mówiąc, plus łączy się z minusem.
| Elektrofil | Nukleofil |
|---|---|
| Ma ładunek dodatni. Chce się łączyć z minusem. | Ma ładunek ujemny. |
Wiązanie pi (𝜋) to nic innego jak para elektronów, która jest gotowa do ataku na elektrofila! Zaczynamy od dysocjacji cząsteczki HCl, aby łatwiej zobaczyć, gdzie tam jest elektrofil i nukleofil. Ustaliliśmy już, że alken jest nukleofilem (a dokładniej jego wiązanie pi obecne w wiązaniu podwójnym C=C), które musimy połączyć z elektrofilowym H+. Na sam koniec musimy jeszcze tylko połączyć elektrofilowy karbokation z nukleofilowym anionem chlorkowym.
Najlepszy karbokation będzie taki, który ma najwięcej węglowych podstawników, kosztem tego, że będzie miał jak najmniej atomów wodoru. Dlatego właśnie −Cl, −Br czy −OH przyłączą się do takiego węgla, a wodór do tego drugiego węgla z wiązania podwójnego.
tags: #odwrocona #regula #markownikowa #informacje
