Дано взаимодействие 2‑метил‑2‑бутена с HBr: предскажите основные продукты, обоснуйте регио- и стереоселективность в условиях обычного и радикального присоединения (пероксиды), опишите механизм превращения
* **В обычных условиях (ионный механизм):** Основной продукт — **2-бром-2-метилбутан** (продукт присоединения по правилу Марковникова).
* **В присутствии пероксидов (радикальный механизм):** Основной продукт — **1-бром-2-метилбутан** (анти-марковниковский продукт).
### 1. Механизм в обычных условиях (электрофильное присоединение)
В обычных условиях присоединение HBr к алкенам протекает по **ионному механизму** с участием карбокатионов.
**Структура алкена:**
`CH₃-C(CH₃)=CH-CH₃` (2-метил-2-бутен)
**Механизм:**
1. **Электрофильная атака и образование карбокатиона:**
Молекула HBr поляризована (H⁺-Br⁻). Электрофильный протон (H⁺) атакует π-связь алкена. Так как алкен несимметричный, протон присоединяется к тому атому углерода при двойной связи, который более гидрогенизирован (связан с большим числом атомов водорода), чтобы образовать **наиболее стабильный карбокатион**.
* **Вариант А:** Протон присоединяется к С2 → образуется **третичный карбокатион**: `CH₃-C⁺(CH₃)-CH(CH₃)-CH₃`.
* **Вариант Б:** Протон присоединяется к С3 → образуется **вторичный карбокатион**.
Региоселективность определяется **правилом Марковникова**: при присоединении протонной кислоты к несимметричному алкену, водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода. В нашем случае это приводит к образованию третичного карбокатиона и, соответственно, **третичного алкилбромида**.
**Обоснование стереоселективности:**
Стереоселективность в данном случае **отсутствует**. Исходный алкен не является цис- или транс-изомером (оба заместителя при одном из атомов углерода двойной связи одинаковые – метильные группы, `CH₃-C(CH₃)=`). Образующийся карбокатион имеет плоскую тригональную структуру, и анион Br⁻ может атаковать его с равной вероятностью с обеих сторон, что приводит к образованию **рацемической смеси** (если бы карбокатион был хиральным). В данном продукте хиральных центров нет.
---
### 2. Механизм в присутствии пероксидов (радикальное присоединение)
При добавлении пероксидов (например, H₂O₂) механизм реакции кардинально меняется на **радикальный** (Эффект Хараша-Караша).
**Механизм:**
1. **Инициирование:**
Пероксиды легко распадаются с образованием радикалов, которые отрывают атом брома от HBr, образуя **бромный радикал (Br•)**.
`RO-OR → 2RO•`
`RO• + HBr → ROH + Br•`
2. **Рост цепи:**
* **Атака бромного радикала на алкен:** Бромный радикал – электрофильный радикал. Он атакует π-связь алкена, присоединяясь к атому углерода, который **менее замещен**. Почему? Потому что при этом образуется **наиболее стабильный алкильный радикал** (стабильность радикалов: третичный > вторичный > первичный > метильный). Бромный радикал присоединяется к С1 (менее замещенный, первичный), что приводит к образованию **третичного радикала** на С2.
* **Отрыв водорода от HBr:** Образовавшийся стабильный третичный радикал отрывает атом водорода от другой молекулы HBr, regenerating a bromine radical and continuing the chain reaction.
Региоселективность радикального присоединения **противоположна правилу Марковникова (анти-Марковниковское)**. Бром присоединяется к **менее замещенному** атому углерода. Это связано с тем, что на стадии, определяющей региоселективность (атака радикала брома), образуется наиболее стабильный промежуточный углеродный радикал (в данном случае — третичный).
**Обоснование стереоселективности:**
Стереоселективность также **отсутствует**. Реакция протекает через плоский sp²-гибридизованный радикальный центр (третичный радикал почти плоский), и атака на него молекулы HBr нестереоспецифична. Продукт будет представлять собой рацемическую смесь, если бы образовывался хиральный центр. В данном случае продукт (1-бром-2-метилбутан) не является хиральным.
**Вывод:** Взаимодействие 2-метил-2-бутена с HBr является классическим примером реакции, ход которой кардинально меняется в зависимости от условий (присутствие пероксидов), что демонстрирует два принципиально разных механизма — ионный и радикальный, — ведущих к образованию разных **структурных изомеров**.
* **В обычных условиях (ионный механизм):** Основной продукт — **2-бром-2-метилбутан** (продукт присоединения по правилу Марковникова).
* **В присутствии пероксидов (радикальный механизм):** Основной продукт — **1-бром-2-метилбутан** (анти-марковниковский продукт).
### 1. Механизм в обычных условиях (электрофильное присоединение)
В обычных условиях присоединение HBr к алкенам протекает по **ионному механизму** с участием карбокатионов.
**Структура алкена:**
`CH₃-C(CH₃)=CH-CH₃` (2-метил-2-бутен)
**Механизм:**
1. **Электрофильная атака и образование карбокатиона:**
Молекула HBr поляризована (H⁺-Br⁻). Электрофильный протон (H⁺) атакует π-связь алкена. Так как алкен несимметричный, протон присоединяется к тому атому углерода при двойной связи, который более гидрогенизирован (связан с большим числом атомов водорода), чтобы образовать **наиболее стабильный карбокатион**.
* **Вариант А:** Протон присоединяется к С2 → образуется **третичный карбокатион**: `CH₃-C⁺(CH₃)-CH(CH₃)-CH₃`.
* **Вариант Б:** Протон присоединяется к С3 → образуется **вторичный карбокатион**.
**Стабильность карбокатионов:** третичный > вторичный.
Поэтому реакция идет по пути А с образованием более стабильного **третичного карбокатиона**. Это ключевой этап, определяющий региоселективность.
2. **Нуклеофильная атака анионом брома:**
Образовавшийся карбокатион быстро реагирует с нуклеофильным анионом Br⁻, образуя конечный продукт.
`[CH₃-C⁺(CH₃)-CH(CH₃)-CH₃] + Br⁻ → CH₃-CBr(CH₃)-CH(CH₃)-CH₃`
**Основной продукт: 2-бром-2-метилбутан.**
**Обоснование региоселективности:**
Региоселективность определяется **правилом Марковникова**: при присоединении протонной кислоты к несимметричному алкену, водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода. В нашем случае это приводит к образованию третичного карбокатиона и, соответственно, **третичного алкилбромида**.
**Обоснование стереоселективности:**
Стереоселективность в данном случае **отсутствует**. Исходный алкен не является цис- или транс-изомером (оба заместителя при одном из атомов углерода двойной связи одинаковые – метильные группы, `CH₃-C(CH₃)=`). Образующийся карбокатион имеет плоскую тригональную структуру, и анион Br⁻ может атаковать его с равной вероятностью с обеих сторон, что приводит к образованию **рацемической смеси** (если бы карбокатион был хиральным). В данном продукте хиральных центров нет.
---
### 2. Механизм в присутствии пероксидов (радикальное присоединение)
При добавлении пероксидов (например, H₂O₂) механизм реакции кардинально меняется на **радикальный** (Эффект Хараша-Караша).
**Механизм:**
1. **Инициирование:**
Пероксиды легко распадаются с образованием радикалов, которые отрывают атом брома от HBr, образуя **бромный радикал (Br•)**.
`RO-OR → 2RO•`
`RO• + HBr → ROH + Br•`
2. **Рост цепи:**
* **Атака бромного радикала на алкен:** Бромный радикал – электрофильный радикал. Он атакует π-связь алкена, присоединяясь к атому углерода, который **менее замещен**. Почему? Потому что при этом образуется **наиболее стабильный алкильный радикал** (стабильность радикалов: третичный > вторичный > первичный > метильный). Бромный радикал присоединяется к С1 (менее замещенный, первичный), что приводит к образованию **третичного радикала** на С2.
`Br• + CH₂=C(CH₃)-CH₂-CH₃ → Br-CH₂-C•(CH₃)-CH₂-CH₃` (третичный алкильный радикал)
* **Отрыв водорода от HBr:** Образовавшийся стабильный третичный радикал отрывает атом водорода от другой молекулы HBr, regenerating a bromine radical and continuing the chain reaction.
`Br-CH₂-C•(CH₃)-CH₂-CH₃ + HBr → Br-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₃ + Br•`
3. **Обрыв цепи:** Встреча двух радикалов.
**Основной продукт: 1-бром-2-метилбутан.**
**Обоснование региоселективности:**
Региоселективность радикального присоединения **противоположна правилу Марковникова (анти-Марковниковское)**. Бром присоединяется к **менее замещенному** атому углерода. Это связано с тем, что на стадии, определяющей региоселективность (атака радикала брома), образуется наиболее стабильный промежуточный углеродный радикал (в данном случае — третичный).
**Обоснование стереоселективности:**
Стереоселективность также **отсутствует**. Реакция протекает через плоский sp²-гибридизованный радикальный центр (третичный радикал почти плоский), и атака на него молекулы HBr нестереоспецифична. Продукт будет представлять собой рацемическую смесь, если бы образовывался хиральный центр. В данном случае продукт (1-бром-2-метилбутан) не является хиральным.
**Вывод:** Взаимодействие 2-метил-2-бутена с HBr является классическим примером реакции, ход которой кардинально меняется в зависимости от условий (присутствие пероксидов), что демонстрирует два принципиально разных механизма — ионный и радикальный, — ведущих к образованию разных **структурных изомеров**.