Select Page

Перед тем, как приступать к задачам, почитайте общие рекомендации, как это делать правильно и даже, в каком-то смысле, скучно.

Разложим карточки с методами и реакциями по алкенам, алкинам, диенам на те, с помощью которых делают новые углерод-углеродные связи, изменяют реакционные центры, создают стереоизомеры, и полезные дополнительные методы.

Новые C-C связи

Особое внимание! Это основные методы, которые вы будете использовать для получения более сложных молекул из более простых.

Основная реакция для C-C связей в этом  разделе. Терминальный ацетилид превращают в карбанион действием очень сильного основания (бутиллития, амида натрия, гидрида калия), и затем добавляют алкилгалогенид. Механизм реакции – SN2, скоро изучим подробно и тогда поймем, откуда здесь всякие жесткие ограничения.

Алкилгалогениды это все галогенпроизводные, где галоген висит на sp3-гибридном атоме, галоген это хлор, бром или иод (иод мы пока вводить не умеем). Хороши для этой реакции метил, первичные алкилы, бензил, аллил, пропаргил (показаны на схеме). Нежелательны вторичные алкилы, но если деваться некуда – используйте. Третичные алкилы совершенно не годятся – использование таких алкилгалогенидов – фатальная ошибка. Не забывайте, что в реакции две стадии и их нужно выписать явно. Ошибка – месить все в одну стадию.

Примечание: для этой реакции хороши также магниевые производные ацетиленов, но пока это отложим.

Еще одно дополнение для любознательных. Сам ацетилен имеет два терминальных атома водорода, и может быть превращен в дианион. И это вполне может быть сделано для того, чтобы сразу сделать диалкилирование. Одна проблема – из-за низкой растворимости солей дианиона в обычных растворителях реакцию ведут в жидком аммиаке. В этом случае – пожалуйста.


Но если вы хотите сделать только моноалкилирование, то задача становится не так проста. Проблема в том, что в этом случае трудно избежать побочного диалкилирования. Моноанион получить очень просто, использовав эквивалент амида натрия или другого очень сильного основания, потому что оторвать от него второй протон намного медленнее, pK по второму протону сильно выше чем pK по первому по очевидным причинам, но как только начнете прибавлять алкилгалогенид, возникнет равновесие между остающимся анионом незамещенного ацетилена и продуктом алкилирования. Кислотность ацетиленов приблизительно одинакова, а это значит, что после начала реакции (а реакция алкилирования не очень быстра даже с очень хорошими стубстратами), в реакционной смеси одновременно присутствует как исходный ацетиленид, так и получающийся замещенный ацетилен. Никто не может запретить этим двум веществам вступить в кислотно-основное равновесие и поменяться протонами – при этом в смеси образуется анион получающегося ацетилена – и неизбежно пойдет второе алкилирование. В результате получается смесь моно- и дизамещенного. Это не большая трагедия – при большой разнице в мол. массах эту смесь обычно нетрудно разделить даже перегонкой. Но мы хотим селективных реакций. Здесь применяют такой выход, обнаруженный экспериментально (Smith, Beumel, Synthesis 1974, 441). Ацетиленид лития образует комплекс с этилендиамином, и этот комплекс дает гораздо более чистое моноалкилирование. Более того, этот комплекс так устойчив, что его можно выделить и хранить, используя по мере необходимости, а саму реакцию алкилирования ведут в ДМСО (в следующей теме разберёмся, что это такое). Этот метод стал стандартным для моноалкилирования ацетилена, хотя встречаются и реакции, сделанные по старинке, в жидком аммиаке. При этом, кислотность ацетилена на много порядков выше кислотности амина, и отрыв протона от самого амина не является проблемой.

Вопрос, почему в этом комплексе не идет диалкилирование через обмен протоном, можно оставить без ответа – вот так найдено и это работает, и это главное. А можно и порассуждать о том, что возможно в комплексе не только катион лития связан с диаминовым лигандом, но и анион образует водородную связь в тем же лигандом, образуя такой комплекс катиона лития, в координационной сфере которого хелатный диаминовый лиганд удерживает и ацетиленид-анион. В такой конструкции анион будет иметь пониженную основность (будет закрыт водородной связью), и отрыв протона от образующегося ацетилена будет подавлен.

Это очень частная реакция с ограниченным применением. Носит разные названия – реакция Глазера (не Глейзера!, К.А.Глазер – немец), Эглинтона, Хэя, потому что ее открывали заново несколько раз, от Глазера до Хэя прошло почти ровно сто лет. Допускает широкую вариацию реагентов. Обязательно нужна соль меди (не важно Cu(I) или Cu(II)) типа ацетата Cu(OAc)2 или хлорида CuCl), окислитель (чаще всего просто кислород) и азотный лиганд (аммиак, пиридин, или что-нибудь посвежее типа тетраметилендиамина, сокращенно ТМЭДА). Вариант с двухвалентной медью может быть без кислорода – сама медь окислитель, но это детали невеликой важности. Ошибка – нельзя так сшить два разных алкина.

Единственное применение этой реакции – последующее гидрирование диина в диен. В реальности это не так просто, но в учебных целях годится.

Очень важная реакция для получения шестичленного цикла, в которой одновременно образуются две новые C-C связи. Реакции, в которых образуются циклы, называются реакциями циклизации. Для нас это первая и пока единственная реакция циклизации, поэтому спутать ее с другими реакциями образования С-С невозможно. Перечитайте про реакцию на странице Диены. Сделайте данные там упражнения.

Если соединить эту реакцию с озонолизом можно получить остроумный метод быстрого синтеза весьма непростых молекул. Отработаем этот шаблон в задачах.

Изменения реакционных центров

Образование двойной связи

Скелет не меняем, делаем двойную связь в определённых местах.

Превращение алканов в алкены – промышленная реакция, в лаборатории не используется. И не используем. У нас тут университет, а не химзавод.

Превращение галогенпроизводных в алкены (отщепление, элиминирование) – очень важный метод, но подробно мы его рассмотрим позже. Сейчас только простой вариант отщепления HBr или HCl любым сильным основанием (KOH/EtOH). Не забываем, что получается самый стабильный олефин из возможных (см. Алкены, про стабильность).

Превращение спиртов в алкены. Кислотно-катализируемая дегидратация (реагент обозначается условно, например, H2SO4 кат.). Тоже получается самый устойчивый олефин. Реакция плохая, осложняется перегруппировками. Потом разберемся. Пока использовать только для простых случаев (2-пропанол в пропен, трет-бутанол в изобутилен, циклогексанол в циклогексен). Во всех остальных избегать.

Гидрирование. Очень важная реакция. В обычных случаях используем катализатор Линдлара (см. Алкины, структура и особенности), который годится и для внутренних, и для терминальных ацетиленов. В более сложных гидроборирование с разложением борана уксусной кислотой – этот метод особенно хорош, если нужно в правильные места ввести дейтерии (посмотрите еще раз задачи). Восстановление натрием в жидком аммиаке – только для внутренних алкинов и только в том случае, если требуется получить транс-алкен. Посмотрим ниже в разделе про стереоселективные реакции.

Превращения двойной связи

Двойная связь очень часто превращается в разные заместители и группы. Важно разобраться, какие методы хороши, а какими не стоит пользоваться ни при каких обстоятельствах. 

Гидрирование. Основной способ сделать алкан, если просят. Если не просят – никогда этого не делайте, потому что у алкана нет никакой полезной химии и превратить его ни во что дальше будет невозможно.

Используем самый стандартный катализатор – палладий, нанесенный на уголь, Pd/C. Не забываем про водород. Про все остальное лучше забудьте. Никель дешев и могуч, но с легкостью вызывает побочные реакции. Платина – нет смысла, никих преимуществ перед палладием, а стоит во много раз дороже. И умоляю, не используйте модные гомогенные катализаторы гидрирования, всякие комплексы Уилкинсона и прочее. Это очень сложно, требует точных знаний о том, что конкретно они гидрируют (далеко не все алкены, и у каждого такого комплекса свой норов). Нам это сейчас не поднять, а туманные знания часто бывают хуже полного неведения, так как создают иллюзии, заводящие в тупик.

Присоединяем бром, не забывая про механизм. Присоединяем бром с водой (бром – электрофил, вода нуклеофил), не забываем, что куда, если олефин несимметричный.

Хлор присоединяем только, если просят. Хлор с водой не присоединяем – просто по аналогии с бромной водой это не получается. Похожая реакция действительно есть, но сделать ее непросто и потребовало бы использовать раствор готовой хлорноватистой кислоты HOCl.

Фтор и иод не присоединяем. Фтор – очень слабый электрофил, и очень сильный, как мы уже успели убедиться, свободнорадикальный агент, поэтому в реакции почти с любым алкеном будет много чего кроме присоединения. А с иодом все непросто, мы вернемся к этой проблеме, когда будем обсуждать реакции элиминирования (если не забудем). Сейчас не используем.

Присоединяем HBr и иногда HCl. Никогда не присоединяем HF – вообще-то это возможно, но очень непросто. Не присоединяем HI – хотя эта реакция происходит очень легко, легче чем присоединение всех остальных галогеноводородов, но образовавшийся алкилиодид очень легко восстанавливается иодистым водородом в алкан, и тогда нужно очень тщательно следить за условиями реакции. 

Присоединение HBr идет по правилу Марковникова, а точнее, нужно анализировать стабильность карбокатионов и смотреть, куда присоединяется протон, и куда идет бромид.

Присоединение против правила Марковникова по Харашу с использованием свободнорадикальных инициаторов не используем – вместо этого идем через гидроборирование. Присоединение по Харашу – это классика, но это не препаративный метод, а просто наблюдение над механизмом реакции, и эта реакция на практике чрезвычайно ненадежна. Подробнее обсудим эту почти детективную историю на основной странице про алкены. Но – ее использование не является ошибкой, и если она вам так понравилась, то можете ее использовать на бумаге (но не в лаборатории!). И если уж пишете, не пишите глупостей типа инициирования реакции светом. Там нечего инициировать светом – все реагенты бесцветны. Пишите тогда перекись бензоила в качестве инициатора (см. Алканы. Инициирование)

На самом деле, речь идет о присоединении протона, а затем воды. Почти всегда осложняется побочными реакциями полимеризации алкена и перегруппировок карбокатиона, с образованием всякой неопределенной всячины, которую в органике принято ласково называть “смолами”, отсюда “осмоление”. Поэтому реакцию гидратации в лаборатории почти не используют. Вместо нее присоединяем соли ртути в присутствии воды.
Очень удобная реакция. Особенно на бумаге, в реальности есть проблемы с большими количествами ртути, которые нужны для ее осуществления – сравните с каталитической реакцией Кучерова в алкинах. Но мы на это внимания не обращаем. Для нас – это рекомендованный путь превращения алкенов в спирты по Марковникову. Не забываем, что реакция двухстадийная, и нужно обязательно указывать вторую стадию, восстановление боргидридом натрия. С помощью реакции еще легко получают простые эфиры, и делают это во внутримолекулярном варианте (вспомните как это идет в Алкены. Электрофильное присоединение).

Мощная реакция. Рекомендуется использовать везде, где только можно. С этой реакцией есть несколько малоприятных недоразумений, но нам важно понять, что при гидроборировании алкенов бор присоединяется к менее замещенному атому углерода. В отличие от присоединение галогена, или протона мы не можем нарисовать карбокатион (потому что его там и нет – водород из борана садится на свое место одновременно с бором). Основная причина этого стерическая, но так как это формально совпадает с правилом Марковникова (атом бора всегда присоединяется против правила Марковникова), то можно просто это обстоятельство использовать как раз и навсгда установленное. Когда мы говорим о стерической причине, возможно очевидное возражение, что боран – очень маленькая молекула, и ей не должно так уж сильно важно, к какому атому подходить – менее замещенному или более замещенному. Но боран – не такая уж и маленькая молекула, так как в растворах она почти всегда находится в комплексе с основаниями Льюиса, например, теми же растворителями – гидроборирование почти всегда делают в эфирных растворителях (эфир, ТГФ и т.п.), которые всегда образуют комплексы с бораном. Фактически, в атаку на олефин боран идет в тесной связи с немаленькой молекулой ТГФ или эфира, и эта молекула, кроме того, что увеличивает стерический объем, еще и сильно снижает электрофильность борана – боран становится в таком комплексе более селективным. Используем всегда для последующего превращения в противо-марковниковский спирт или бромид, или как замену гидрированию, возможно с заменой на дейтерий. Реагенты – комплексы борана с основаниями Льюиса, эфиром, ТГФ, триэтиламином (это для нас одно и то же, поэтому выбирайте по вкусу). Обратите внимание, как удобно записывается продукт гидроборирования с тремя одинаковыми остатками.

Для замещения борного остатка на водород или дейтерий используют слабую кислоту, обычно уксусную (или дейтероуксусную AcOD). Избегайте сильных кислот (типа HCl или DCl) для этой реакции – получите осложнения, связанные с конкурирующим электрофильным присоединением протона к двойной связи, что неизбежно приведет к потере стереохимической конфигурации или дейтериевой метки, а реакции гидроборирования почти всегда используют для селективных превращений с полным контролем стереохимии или положения изотопных меток. Вот это вы и потеряете.

Атом рядом с двойной связью (аллильное положение)

Всего одна реакция, но очень полезная

Кроме электрофильных реакций у алкенов есть и радикальные. Если вспомним свободнорадикальное бромирование алканов, радикал брома очень селективен и отнимает атом водорода от самой слабой связи. Там такой связью была третичная, но в алкенах есть и еще более слабая связь – аллильная. Аллильный радикал стабилизирован не жалкой гиперконъюгацией. а настоящим сопряжением. Но есть проблема – нельзя использовать сам бром, потому что он тут же присоединится к двойной связи. Поэтому используют специальный реагент – N-бромсукцинимид (NBS, а по-русски NБС), который является источником радикалов Br⋅ (механизм инициирования в этом случае непрост, и мы его как-нибудь отдельно обсудим), обязательно в неполярном растворителе CCl4, и желательно при дополнительном инициировании перекисью бензоила. И избегайте вводить в реакцию несимметричные алкены – получите смеси всех возможных продуктов (там внизу пример, но продукты перечислены не все). Это упрощённый подход, в реальности всё немного сложнее и интереснее, и про это можно почитать на странице про Алкены. Но для решения задач настоятельно рекомендую именно упрощённый подход, состоящий в том что а) если предлагаете эту реакцию сами, выбирайте только олефины с одинаковыми аллильными положениями и не волнуйтесь о возможном смещении двойной связи – пусть она остается там, где была; б) если олефин для аллильного бромирования вам подсунули и в нём разные аллильные положения, выбирайте по возможности вторичную группу (CH2) и тоже не волнуйтесь о смещении двойной связи – составители задач обычно сами про это забывают. 

Образование тройной связи

Тройная связь делается только из двойной

Прямого способа делать тройную из двойной нет – посмотрите еще раз почему (Алкины. Структура и особенности…), и никогда не пытайтесь дегидрировать алкены – это ошибка.

Но можно присоединить бром и отщепить два HBr сильным основанием. Внимание – это надежно работает только, если связи – и двойная и тройная – концевые. Если связь внутри, то вместо алкина часто получается диен. И ни в коем случае не делайте это в циклоалкенах. Еще одна важная вещь – используйте достаточно сильное основание. Обычная спиртовая щелочь, которая работает для получения двойной связи, здесь недостаточна. Используйте амид натрия, или щелочь (обязательно KOH – потом разберемся почему) в растворителе, обладающем свойствами образовывать комплекс с катионами калия – это диэтиленгликоль или триэтиленгликоль, при высокой температуре. Также годится трет-бутилат калия. 

Нет пока у нас других методов. Тройную связь нельзя получить дегидратацией диолов, которые мы хорошо умеем получать, но этот путь закрыт. И избегайте отщепления HBr или HCl от так называемых геминальных дигалогенпроизводных (это когда оба галогена на одном углероде). Мы, во-первых, не умеем их получать, и,во-вторых, это работает очень плохо. В большинстве случаев вы просто попадете в равновесную смесь ацетилен-алленовой перегруппировки, и ничего конкретного не получите. Кто-то может додуматься до отщепления воды от альдегидов или кетонов (формально все сходится – ведь их самих получают как раз гидратацией алкинов, и собственно почему бы не обратить процесс) – но это не работает.

Превращения тройной связи

Тройная связь даже еще более полезна, чем двойная – ее легко превратить во множесто других заместителей и групп.

Присоединение брома, бромистого водорода вполне бесполезные реакции. Почему – освежите в разделе Алкины. В синтезах не используем.
Очень хорошая и интересная реакция. Одна проблема – химию кетонов мы пока не знаем и ничего сделать с ними не сможем. Поэтому реакция годится как одиночная или завершающая цепочку синтеза.

Самая полезная для нас сейчас реакция, потому что с ее помощью легко осуществляется селективное превращение тройной связи в альдегиды (здесь такая же история как с реакцией Кучерова, но завершить цепочку синтеза альдегидом не откажется ни один вменяемый составитель задач). Не забываем про то, что гидроборирование и реакция Кучерова взаимно дополняют друг друга. Для химии “на бумаге” выбор между дисиамилбораном и ББН по вкусу.

Вторая важная схема – введение дейтерия в стереохимически точные положения через гидроборирование и разложение борана уксусной кислотой, при том, что дейтерий может быть в любой из этих молекул, или в обеих сразу. Для тренировки решите задачи в теме Алкины. Там же более подробное обсуждение гидроборирования алкинов.

Ещё раз повторим – эта задача решается гидроборированием и более никак. Для гидроборирования обязательно используем стерически затруднённые бораны: дисиамилборан или BBN.

  • Если у вас одна концевая тройная связь, то выбор не важен – используйте любой, например:
  • Если кроме концевой тройной есть внутренняя двойная, выбор за дисиамилбораном, например:
  • Если есть и концевая и внутренняя тройные связи – BBN, например:
  • Если и тройная и двойная концевые, только дисиамилборан, и в этом случае нужно очень точно дозировать боран – любой избыток начнет реагировать с двойной связью.
  • Ну и наконец, хотя это не вполне вписывается в этот раздел, но для полноты картины, но в том же случае, если вам захотелось превратить в альдегид именно двойную связь, то можно использовать BBN, только спирт придётся доокислить, например:

Старайтесь решать задачи с помощью реакции гидроборирования, не стесняйтесь этой реакции. Это великая реакция, она очень хорошо изучена, её реально применяли во многих тысячах (скорее даже десятках тысяч) синтезов. Это очень важное преимущество – иметь реакцию, про которую много известно. Если придётся применятьее на практике, с хорошей долей вероятности найдёте в литературе готовый пример применения к чему-то очень похожему.

Неудачная замена. Замену такой мощной реакции найти непросто. В учебнике Курца, описана другая реакция, и некоторые любопытные там ее находят и пытаются применить. Суть ее в том, что к алкину свободнорадикально присоединяют тиол, а образующийся виниловый тиоэфир гидролизуют в присутствии солей ртути, очень похоже на то, что мы скоро будем делать с производными 1,3-дитиана. Как-то так, только я немного подправлю условия этой реакции на более реалистичные, использовав стандартный инициатор радикальных реакций AIBN, вместо показанного в учебнике УФ-света, практически несовмстимого с большинством органических соединений – получите совсем другую фотохимию. Синим цветом показано, как тиол присоединяется к тройной связи.

Здесь всё вроде бы разумно, кроме чисто практических причин – чудовищная вонь сернистых соединений плюс огромные количества соли ртути. Проблема в том, что у этой реакции почти нет никакой истории. Она восходит к одной старой статье довольно крупного немецкого химика Берингера, но в дальнейшем следы ее реального применения можно найти в 2-3 не очень внятных работах, и всё. Никто этой реакцией не заинтересовался, никто ее не применял и не исследовал. Насколько можно понять из условий, она не была бы селективна, имела бы массу проблем с побочными реакциями, ну а о ее практическом применении в лаборатории всё уже сказано. С вонью сернистых соединений все уже свыклись – с хорошими тягами и аккуратной работой это не проблема, сернистые соединения очень популярны в современном синтезе. А вот ртуть в стехимометрических количествах – это почти приговор, использовать это будут, только если реакция не имеет конкурентов. Эта, как мы знаем, имеет. Не надо её использовать.  

Тройная связь гидрируется до одинарной очень легко, например, водородом над любым стандартным катализатором гидрирования. Самый удобный – Pd/C. Про гидрирование до двойной связи см. выше про двойную связь из тройной. Не забывайте, что это стереоселективная реакция. Для цис гидрирования применяют восстановление водородом над катализатором Линдлара, либо используют гидроборирование. Для транс-гидрирования наиболее полезны две методики – восстановление натрием в жидком аммиаке или алюмогидридом лития при небольшом нагревании. Предпочтение следует отдать натрию, так как алюмогидрид лития используется для других не менее важных реакций, и очень скоро намозолит вам глаза до такой степени, что лучше отсрочить его появление на арене. Кроме того, у этой реакции очень мутный механизм, в котором непросто разобраться.

 

То, что его можно снять сильными основаниями и получить карбанион, мы уже разобрались – и этот анион является ключевым реагентом в синтезе новых алкинов через реакцию с алкилгалогенидами. Важнее здесь ничего нет, поэтому это на самом верху. Кроме этого такой анион полезен еще в одном деле – мы можем гидролизовать его водой и получить обратно исходный алкин. Это что за вздор? Нет, это может быть полезно, если вода не простая, а тяжелая, тогда мы заменим концевой водород на дейтерий, а это очень полезно.

Больше мы пока с анионом ничего не сделаем. Присоединение к альдегидам и кетонам отложим до них самих. Можно еще получить галогенпроизводные с хлором, бромом или иодом на конце молекулы – алкинил галиды, это очень необычные и интересные вещества, но нам они не понадобятся.

Кроме солей с щелочными металлами можно получить производные других металлов, и это уже не соли, а настоящие координационные и металлоорганические соединения. Чаще всего мелькают производные меди, которые очень легко получаются. Химия у них очень богатая, но это не столько органическая химия, сколько металлоорганическая. С одной их реакцией мы знакомы – это именно они окисляются кислородом в диацетилены (см. вверху). Все остальное оставим в покое.

Есть. Но только на бумаге. На страничке про алкины разберем эту проблему подробнее, чтобы разобраться, почему такая простая аналогия реально не работает. Но на бумаге применять эту реакцию можно, и примеры можно найти в задачах. На бумаге это делается точно так же, как аллильное бромирование. В реальности это вообще не делается, но мы договоримся не обращать на это внимание. Аналог аллила с тройной связью называется пропаргилом. Пропаргилбромиды применяются так же как и аллильные, например в синтезе с ацетиленид-анионами, можем получить несопряженные диины. В реальности и с этой реакцией есть сложности, но мы не будем обращать на них внимания.

Диены

Диенов у нас мало, потому что химия у них сложнее и запутаннее. Особое внимание на реакцию Дильса-Альдера.

Присоединяем бром, отщепляем два HBr. Когда это дает алкин, а когда диен, мы уже рассмотрели
Есть еще один способ получить диен из некоторых алкенов – сделать аллильное бромирование и отщепить одну молекулу HBr. Это очень легко идет и основание требуется самое банальное – в этом преимущество. Мы все немного упрощаем, в реальном синтезе основание используют немногоо более “умное”, но это непринципиально.

Это мы уже рассмотрели в самом верху – через димеризацию алкина в диин, с последующим гидрированием над Линдларом.
Только реакция Дильса-Альдера. Все остальное – только для дискуссий о механизмах.

Стереоселективные реакции

Очень важный раздел. Разберитесь в стереохимических схмах (шаблонах) и доведите их использование до автоматизма.

Только некоторые реакции присоединения к алкенам обладают надежной стереоселективностью и это важно понять. В книжках и других источниках почти про любую реакцию можно прочитать рассуждения про “больше анти чем син”, “в ряде случаев анти, в других син”, а вот посмотрите таблицу, и другую таблицу, и третью таблицу, и т.п. Все это совершенно не годится, если мы хотим получить конкретный результат. Только у немногих реакции стереоселективность подтверждается регулярно, и можно ожидать получить что-то конкретное, не рассматривая десятков таблиц. Такие мы и отберем. Итак:

  • присоединение галогена, в том числе с чужим нуклеофилом (водой и т.п.) – анти-присоединение
  • гидроборирование с последующей реакцией борана – син-присоединение
  • дигидроксилирование тетраоксидом осмия или перманганатом калия – син-присоединение
  • дигидроксилирование через раскрытие эпоксида – анти-присоединение

Все остальное, в том числе присоединение протона (гидратация, присоединение галогенводородов), сольвомеркурирование с разложением боргидридом натрия, гидрирование водородом над всякими катализаторами нам не годятся, так как предсказать стереоселективность в конкретных реакциях невозможно.

Результат стереоселективной реакции легко предсказать и записать хоть проекцией Фишера, хоть естественной проекцией. Во-первых, нам нужен олефин как минимум виц-дизамещенный. Возьмем анти-присоединение и любой годный олефин. Отметим заместители в олефине, находящиеся в транс-расположении друг относительно друга. Рисуем Фишера, в котором эти заместители находятся на концах вертикали или естественную проекцию, в которой они на концах основного зигзага. Тогда в Фишере вошедшие заместители будут по одну сторону от вертикали, а в естественной проекции, наоборот, по разные. Это – эритро-конфигурация.

Обратите внимание, что продукты получаются всегда в виде рацемической смеси двух энантиомеров. Для корректности изображают оба. В дальнейшем, когда идея о том, что в реакциях оптически неактивных исходных не может получиться один энантиомер, а получается рацемат, войдет в привычку, можно будет не рисовать второй энантиомер, так как это очевидно.

Соответственно, если в другом примере что-то одно изменится (заместители цис, а не транс, или син-присоединение, а не анти, то получится продукт с входящими группами по разные стороны в Фишере (или по одну сторону в естественной проекции) – это трео-изомер. Если изменились оба исходных обстоятельства (цис-заместители и син-присоединение, то результат будет опять эритро. Третьего не дано.

Здесь речь идет практически исключительно или про гидроборирование (всегда син), или про гидрирование, которое бывает син и анти (посмотрите выше в реакциях тройной связи). Поскольку результат – алкен, написать стереохимию можно не глядя на лист бумаги. Только не забывайте, что олефин всегда плоский и никогда не рисуйте клинышков и зебр при двойной связи – это неприлично.

Из-за недостатка заместителей в реакциях алкинов в стереоселективных реакциях часто используют дейтерий в разных положениях. Освежите этот прием в памяти, решив задачу на  странице Алкины.

В задачах часто соединяют присоединение к тройной связи с последующим присоединением уже к стереохимически определенному алкену. Потренируемся в задачах.

Не стоит забывать, что в реакциях с образованием цикла в одной стадии, например, реакции Дильса-Альдера, взаимное расположение заместителей в олефине сохраняется и в продукте. Это обозначают вот так:

Про эндо и экзо-продукты можно вспомнить на странице Диены.

Важнейшая реакция, точнее, несколько реакций, позволяющих получать чистые диастереомеры (цис или транс) дизамещенных алкенов из дизамещенных алкинов. В нашем курсе никаких других способов достичь такого результата нет и не будет. А поскольку чистые цис- или транс-изомеры алкенов очень часто используются для стереоселективного присоединения, что является одним из самых распространенных приемов в задачах на стереохимию, реакции гидрирования алкинов особенно важны.

Для получения чистых транс-изомеров используем восстановление металлическим натрием или литием в жидком аммиаке в присутствии слабой кислоты Бренстеда, этанола или трет-бутанола. Как работает эта удивительная реакция – фактически восстановлением свободными электронами, посмотрите в теме Ароматические соединения, восстановление по Бёрчу.  

Разные вспомогательные методы

Особое внимание на озонолиз – он часто используется в задачах

Сильные основания вызывают превращение алкинов , имеющих рядом с тройной связью хотя бы одну, а возможно и сколько угодно связанных друг с другом в непрерывную цепь CH2-групп, в равновесную изомерную смесь всех возможных алкинов и алленов. Теорию этой перегруппировки, которую называют ацетилен-алленовой или алкин-алленовой, а могли бы назвать перегруппировкой Фаворского, если бы это название не было уже заиграно другой реакцией, разберем на основной странице про алкины. Это интересно с теоретической точки зрения, но практически не имеет смысла – зачем портить вещество. Но, если подобрать такой растворитель, в котором самая стабильная в этой системе соль терминального алкина выпадает в осадок, по закону Ле Шателье, равновесие полностью смещается в сторону такой соли. Такими растворителями являются жидкие алифатические диамины, самый удобный из них 1,3-пропандиамин, которые часто называют немного неправильно 3-аминопропиламином, сокращенно АПА (APA), но сокращение ДАП (DAP) от 1,3-диаминопропана, что тоже не совсем точно соответствует номенклатуре ИЮПАК, не менее популярно. Основания для этого годятся разные, но наиболее удобным оказалось просто взять калийную соль этого же амина, которую прямо в реакции и делают, добавляя гидрид калия в АПА. Калийная соль АПА, игриво сокращаемая в КАПА (литиевый аналог еще забавнее называется ЛАПА, но он менее эффективен), оказалась удивительно полезным реагентом для смещения тройной связи “в торец” – реакция проходит при 0ºС за несколько секунд даже если тройной связи нужно преодолеть с десяток связей по дороге, а продукт просто отфильтровывают и либо гидролизуют в 1-алкин, либо используют сразу как карбанион в синтезе. Условие – двойная связь бежит только по неразветвленной и незамещенной углеродной цепи, любое препятствие ее останавливает, но если с одной стороны путь открыт, то реакции не мешают некоторые простые заместители типа гидрокси и  алкокси, но не галогены или любые более сложные группы (карбонилы, карбоксилы, нитро, и т.п.). Другие кратные связи тоже нежелательны. За бешеную легкость и полезность этого метода не только реагент, но и саму реакцию обозвали метафорически зиппер-реакцией (зиппер – это застежка типа молния). На схемах нужно указывать и реагент и растворитель, то есть KAPA/APA. Частая ошибка – потерять углероды в продукте. Чтобы не терять, не ленитесь пронумеровать ту часть цепи, по которой будет путешествовать тройная связь.

Озон очень легко разрывает двойные (и тройные тоже, но к алкинам реакцию редко применяют – смысла нет) связи, сначала образуется озонид, который не выделяют, а разлагают либо восстановителями (исторически это цинк, в современных методиках предпочитают более аккуратный диметилсульфид или трифенилфосфин)), или окислителями (перекисью водорода). Результат почти одинаковый, но из монозамещенного атома в восстановительном варианте получается альдегид, в окислительном – кислота.

Есть ещё вариант восстановительного озонолиза, в котором применяют более сильный восстановитель – боргидрид натрия. В этом случае получаются первичные и вторичные спирты.

Особенно часто озонолиз используют для определения структуры олефина по двум продуктам, если двойная связь в открытой цепи, или по одному – если она была в цикле. Если связей было несколько, проблем  будет больше, но и встречаться с такими случаями мы вряд ли будем. Бензольное кольцо озонолиз не берет (точнее, берет, но в таких жестких условиях, которые просто не используют для озонолиза двойной связи, которое обычно делают при -78ºС в хлороформе – и это очень мягкая и селективная реакция, не трогающая больше почти ничего).

Задачи на синтез активируют разобранные в разделе методы. Для решения задач используйте указанные в условиях вещества для построения скелета, и любые другие реагенты для осуществления необходимых реакций. В каждом блоке может быть несколько задач. Название блока – подсказка на основные методы, которые стоит использовать. Список пополняется, поэтому время от времени заходите и обновляйте.
Алкилирование карбаниона, зиппер, реакции тройной связи
  1. Из пропина, 1-бромпентана получите октаналь и октанон-2. Нарисуйте схему ретро-синтеза и основанную на ней схему синтеза с указанием реагентов и условий реакций.
Димеризация ацетиленов
  1. Из фенилацетилена получите (Z,Z)-1,4-дифенилбутадиен-1,3. Будет ли этот диен легко реагировать с диенофилами по реакции Дильса-Альдера
  2. Из 3,3-диметилбут-1-ена получите 2,2,7,7-тетраметилоктан
Стереоселективный синтез алкенов, стереохимия присоединения
  1. Из фенилацетилена, бромметана получите эритро-изомер 1,2,3-трибром-1-фенилпропана. Нарисуйте стереохимические проекции продукта (Фишера и естественную), разметьте стереоцентры по R/S-правилу.
Реакция Дильса-Альдера, озонолиз
  1. Из 2,3-диметилбут-2-ена и бутендиовой кислоты получите трео-изомер 4,5-дикарбоксиоктан-2,7-диона (название не соответствует номенклатуре, но вполне годится, чтобы нарисовать структуру). Разрисуйте схему ретро-синтеза, раскройте ее в схеме синтеза. Нарисуйте стереохимическую  проекцию продукта и дайте ему правильное название по ИЮПАК. В синтезе использована бутендиовая кислота, но существует два диастереомера этого соединения – малеиновая кислота (цис) и фумаровая кислота (транс). Какой из них использован в синтезе?
Алкилирование карбаниона, аллильное бромирование
  1. Из пропена получите (E)-1,4-гексадиен
Дильс-Альдер и др.
Из олефина A и циклогекс-2-енона получите трикетон B.

Гидроборирование и озонолиз
Из бензилбромида (не путайте бензил и фенил!) и метилацетилена получите оба дейтерированных альдегида

Все вместе
Из гекса-1,5-диена и метилацетилена получите двумя способами додека-2,3,10,11-тетраол (додека – это 12), у которого оба виц-диольных фрагмента (виц – это когда заместители на соседних атомах углерода) имеют эритро-конфигурацию. Второй вопрос к задаче довольно сложный и адресован только тем, кто очень хорошо понял, как устроена стереохимия: сколько диастереомеров продукта получится – обозначьте их по R/S-правилу и зарисуйте, желательно с помощью естественной проекции (если хотите Фишера – рисуйте Фишера).
Дильс-Альдер и озонолиз
Фульвен (A) проявляет высокую реакционную способность в реакции Дильса-Альдера. В одной такой реакции образовался аддукт, окислительный озонолиз которого дал кетокислоту B. Попробуйте догадаться, что это был за диенофил, нарисуйте структуру аддукта, и определите был ли эндо- или экзо-аддукт.