Chciałbym poruszyć kwestię opisanego w skądinąd całkiem dobrym podręczniku „To jest chemia 2” mechanizmu eliminacji halogenowodorów z cząsteczek halogenopochodnych alkanów na przykładzie eliminacji bromowodoru z cząsteczki bromoetanu ( „To jest chemia 2” str. 156, Nowa Era, wydanie 2024). Pokazany w podręczniku mechanizm jest dwuetapowy. W pierwszym etapie rzekomo zachodzi reakcja oderwania protonu od cząsteczki bromoetanu (w pozycji 2) przez jon wodorotlenowy. W drugim – odszczepienie jonu bromkowego.
Błędny mechanizm reakcji eliminacji bromowodoru z cząsteczki bromoetanu
Reakcja eliminacji halogenowodoru z halogenopochodnej alkanu zasadniczo może przebiegać albo według mechanizmu E1, albo mechanizmu E2. Żaden z nich nie przewiduje tworzenia karboanionu. Tworzący się karboanion byłby bardzo silną zasadą, co jest równoznaczne z tym, ze bromoetan jest tak słabym kwasem, ze nie ma w mieszaninie z etanolowym roztworem zasady – wodorotlenku metalu alkalicznego (np. potasu), żadnej zasady, która mogłaby oderwać proton od jego cząsteczki. Poza tym bardziej kwasowy jest atom wodoru w pozycji 1 i jeżeli jakiekolwiek odrywanie protonu zachodziłoby, to właśnie od tego atomu węgla, a nie z pozycji 2. Ale tak, czy owak, tworzenie karboanionu zupełnie nie jest możliwe. Wartość pKa dla protonu w pozycji 2 to ok. 50, a dla pozycji 1 ok. 44. W przypadku etanolu pKa wynosi 16, dla wody jest to wartość jeszcze niższa, nawet jon hydroksylowy jest silniejszym kwasem (pka = 35 – 40) niż bromoetan. Reakcja może zachodzić wg mechanizmu E2, nawet biorąc pod uwagę teorię zmiennego stanu przejściowego, czymś dalece nieprawdziwym i nieodpowiednim jest podawanie tu mechanizmu przez karboanion. Zawsze w przypadku bromoetanu i podobnych związków ulegających reakcji wg mechanizmu E2 odchodzenie anionu halogenkowego będzie zachodzić przy jednoczesnym odrywaniu protonu przez zasadę. Zaproponowany w podręczniku mechanizm nie zgadza się z wieloma faktami eksperymentalnymi np. dotyczącymi stereochemii reakcji (jest to eliminacja anti) – mechanizm karboanionowy umożliwiałby swobodny obrót wokół wiązania pojedynczego, w przypadku mechanizmu E2 mamy reakcję jednoetapową, w której od początku wiązanie C-C zyskuje charakter częściowo wiązania podwójnego (w toku reakcji narastajaco, aż do całkowitego jego utworzenia) i rotacja wokół niego jest niemożliwa. Do tego, aby eliminacja mogła zachodzić poprzez karboanion konieczna jest bardzo efektywna dodatkowa stabilizacja karboanionu np. poprzez grupę karbonylową w bezpośrednim sąsiedztwie atomu węgla, od którego zachodzić ma oderwanie protonu, jak np. w cząsteczce 4-bromobutan-2-onu (oprócz tego karboanion jest stabilizowany przez elektorujemny atom bromu – dopiero te dwa efekty powodują, że atom wodoru w pozycji 3 jest silnie kwasowy (pKa ok. 9)).
Stabilizowany karboanion
Oczywiście te rozważania, chociaż posługują się pojęciami dobrze znanymi licealiście przerabiającemu kurs chemii z zakresu rozszerzonego i mogłyby być dla niego interesujące, wykraczają poza ten zakres. Nie zmienia to faktu, że nie stanowi żadnej, ale to żadnej korzyści dla ucznia podawanie jako mechanizmu reakcji eliminacji halogenowodoru z cząsteczki halogenopochodnej węglowodoru mechanizmu przez karboanion. Czasem stosuje się uproszczony opis jakiegoś zjawiska, ale w najważniejszych punktach musi być on zgodny z rzeczywistym jego przebiegiem, a w tym przypadku nie jest.
Jeśli chcesz skomentować ten wpis, możesz to zrobić, jak to jest wskazane we wpisie „Chemia – podręczniki i zbiory zadań”.