для каких соединений не выполняется правило марковникова

Какие реакции протекают по правилу Марковникова

Правило Марковникова В.В. — в чем суть гипотезы

Русский ученый Владимир Васильевич Марковников (1837–1904) в 1869 году установил закономерность, известную как «правило Марковникова»: когда алкены вступают в реакцию с различными соединениями вида Н — Х, где Х — это Cl, Br, ОН, OR и т. д., водород присоединяется к тому атому углерода при двойной связи, с которым связано больше атомов водорода.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Заместители отдают атому углерода свои электроны — так проявляется индукционный эффект. Электронная плотность сдвигается в сторону крайнего ненасыщенного атома углерода. Таким образом, когда статический и динамический факторы действуют в противоположном направлении, решающее влияние оказывает динамический фактор, а статический скажется только на скорости реакции.

Во времена Марковникова механизм реакции еще не был известен в таких подробностях. Химик XIX века не знал таких понятий, как карбокатионы и электрофилы. Существует современная формулировка правила, которая звучит так: электрофильное присоединение к двойной связи происходит путем образования максимально устойчивого карбокатиона.

Формулировка Марковникова является гипотезой, которую он технически не мог доказать. Она требует запоминать исключения. Несмотря на это, в школах и вузах правило Марковникова все же преподают.

Формулировка простыми словами

В реакциях присоединения протонных кислот и воды к несимметричным алкенам атомы водорода присоединяются к более гидрированному атому углерода, т. е. к тому, при котором находится больше атомов водорода.

Значимость правила Марковникова в органической химии

Алкены очень важны для препаративной химии. Ученые, изучающие их реакции, получили несколько Нобелевских премий. Правило Марковникова позволяет вычислить возможность селективного получения конкретного изомера. Зная общую схему и исключения из нее, можно определить, по какому типу будет протекать химическая реакция.

В каких случаях реакции присоединения идут против правила Марковникова

При наличии в алкене электроноакцепторного заместителя более стабильным оказывается первичный карбокатион, и правило Марковникова не выполняется. Это так называемое антимарковниковское присоединение.

Электроноакцепторный заместитель — функциональная группа, оттягивающая на себя электронную плотность.

В присутствии кислорода или перекисей галогеноводороды реагируют с нарушением правила Марковникова: алкены присоединяют их по радикальному, а не ионному механизму.

Галогеноводороды — соединения водорода и галогенов, элементов группы фтора: фтороводород, бромоводород, хлороводород, иодоводород, астатоводород.

Реакция катализируется пероксидами, но добавлять их извне не нужно, так как в присутствии кислорода алкены окисляются самостоятельно. При нагревании в газовой фазе у хлора и брома происходит взаимодействие с алкенами по радикальному механизму, не затрагивающему двойную связь. То же самое происходит и на свету. Впервые этот эффект был описан М. Карашем и потому известен, как эффект Караша или Хараша.

Источник

Правило Марковникова

При протекании любой реакции, необходимо, чтобы разорвались старые связи между атомами и образовались новые. По типу разрыва химической связи в исходной молекуле различают гомолитические и гетеролитические реакции.

Гомолитическими называются реакции, при которых в результате разрыва связей образуются частицы, имеющие неспаренный электрон — свободные радикалы:

А : В →А• + •В

Гетеролитическими называют реакции, протекающие через образование ионных частиц — катионов и анионов:

А : В → А + + :В —

Положительный ион в реакциях будет стремиться присоединить к себе электрон, т. е. будет вести себя как электрофильная частица. Отрицательный ион – так называемая, нуклеофильная частица будет атаковать центры с избыточными положительными зарядами.

Как определить по какому типу будет протекать разрыв?

1) Чем полярнее связь (чем больше разность ЭО атомов А и В), тем больше вероятность гетеролитического разрыва. Менее ЭО атом будет иметь +заряд – электрофильная частица, более электроотрицательный — отриц заряд – нуклеофильная частица.

2) Условия проведения реакции. Температура, свет способствует гомолитическому разрыву, образованию радикалов. А проведение реакций в полярном растворителе (вода) – способствует гетеролитическому разрыву. Наличие специальных катализаторов (кислот Льюиса), поляризующих химические связи, также обеспечивает гетеролитический разрыв.

Механизм электрофильного присоединения

Реакция гидрогалогенирования алкенов идет по механизму электрофильного присоединения с гетеролитическим разрывом связей.

Электрофилом в данном случае является протон Н + в составе молекулы галогеноводорода HX (X — галоген). К одному атому углерода присоединяется водород, к другому – хлор. В случае этилена нет разницы к какому атому присоединится водород, а к какому – хлор. А в случае пропена и других несимметричных УВ это имеет большое значение – т.к. получаются разные вещества.

Направление реакции присоединения галогеноводородов к алкенам несимметричного строения (например, к пропилену CH₂=CH–СН₃) определяется правилом Марковникова:

В реакциях присоединения полярных молекул типа НХ к несимметричным алкенам водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода при двойной связи (т.е. атому углерода, связанному с наибольшим числом атомов водорода).

Так, в реакции HCl c пропиленом из двух возможных структурных изомеров 1-хлорпропана и 2-хлорпропана, образуется последний.

Правило Марковникова можно объяснить другим способом – с точки зрения смещения электронной плотности в молекуле или электронных эффектов. Алкильные группы обладают так называемым положительным индуктивным электронным эффектом (+I-эффектом).

Индуктивный эффект — смещение электронной плотности по цепи σ-связей, которое обусловлено различиями в электроотрицательностях атомов.

Поэтому присоединение электрофильной частицы Н + происходит к более гидрогенизированному углеродному атому, а электроотрицательная группа Х присоединяется к менее гидрогенизированному атому углерода. По этому катион водорода H + присоединяется к первому атому углерода, Сl — — ко второму, т.е к противоположным зарядам.

Присоединение против правила Марковникова

отмечается в случаях, когда заместитель при двойной связи оттягивает электронную плотность на себя, т.е. проявляет электроноакцепторные свойства (–I и/или –М-эффект).

Например, в реакции трихлорпропена Сl₃C-CH=CH₂ с HХ водород присоединяется к менее гидрогенизированному атому углерода, а Х – к более гидрогенизированному. Это обусловлено тем, что группа СCl₃ проявляет отрицательный индуктивный эффект и электронная плотность пи-связи С=С смещена к менее гидрогенизированному атому углерода.

Сперва ответим на вопрос, почему алкены вступают в реакцию с электрофильными реагентами. Способность алкенов вступать в реакцию с электрофильными реагентами обусловлена повышенной электронной плотностью в области двойной связи (облако π-электронов над и под плоскостью молекулы).

Электрофильное присоединение протекает в несколько стадий.

I стадия: образование π-комплекса. π-Электронное облако двойной связи С=С взаимодействует с электрофилом (катион водорода).

II стадия (лимитирующая): образование карбокатиона.
Электрофил (Н+) присоединяется к одному из атомов углерода за счет электронной пары π-связи. На втором углеродном атоме, лишенном π-электронов, появляется положительный заряд.

III стадия: взаимодействие карбокатиона с анионом (например Cl-, образовавшемся при диссоциации HCl) которое приводит к продукту реакции.

Правило Марковникова по другому можно выразить так — присоединение электрофила происходит таким образом, чтобы образовался наиболее стабильный (устойчивый) каброкатион. Это и есть современная формулировка правила Марковникова: электрофильное присоединение к двойной связи идет через образование наиболее устойчивого карбокатиона.

Теперь давайте посмотрим, какие карбокатионы устойчивые и почему.

Устойчивость карбокатионов увеличивается в данном ряду слева направо.

Наиболее устойчивый — третичиный карбокатион, менее устойчивый вторичный, ещё менее устойчивый – первичный, и самый неустойчивый – метильный. Это связано с тем, что чем больше электронодонорных алкильных групп (СН3) тем в большей степени происходит гашение положительного заряда на атоме углерода, что приводит к уменьшению энергии этой частицы и увеличению её устойчивости. Реакция идет в основном по тому пути, который требует минимальных энергетических затрат. При гидрокалогенировании пропена возможно образование двух карбокатионов – первичного и вторичного, но преимущественно будет образовываться именно вторичный карбокатион, а не первичный. И преобладающим продуктом будет 2-хлорпропан.

Источник

В каких случаях нарушается правило Маркопиково? Приведите все ветки двух примеров

В. В. Марковников посвятил много лет изучению химических свойств алкенов, т. е. гомологов этилена. Им опытным путем (эмпирически) был установлен механизм протекания реакций гидратации и гидрогалогенирования несимметричных гомологов этилена. В настоящее время правило Марковникова звучит так: при присоединению к несимметричным алкенам молекул сложных веществ с условной формулой НХ (где Х – это атом I, Br, Cl, F или гидроксильная группа ОН-) атом водорода становится к наиболее гидрогенизированному (содержащему больше всего атомов водорода) атому углерода при двойной связи, а Х – к наименее гидрогенизированному.

Правило Марковникова: примеры
Для того чтобы вам стал понятнее смысл правила Марковникова давайте рассмотрим его на конкретных примерах.

CH3-CH=CH2 + HCl ==== CH3-CHCl-CH3

В данной реакции происходит присоединение к пропену хлороводорода с образованием 2-хлор пропана. Как вы видите в ходе этой реакции, произошел разрыв двойной связи и хлор присоединился к менее гидрогенизированному атому углерода, т. е. к тому у которого имеется меньше водородных связей, а водород соответственно к более гидрогенизированному. Аналогичным образом будет протеать и реакция гидротации, т. е. присоединения молекул воды.

Исключения из правила Марковникова
В некоторых случаях реакция присоединения протекает против правила Марковникова. Например, в случае если в реакцию вступают соединения, у которых атом углерода у двойной связи имеет сопряженную связь с электроотрицательной группировкой, оттягивающей на себя частично электронную плотность.

Присоединение против правила Марковникова будет наблюдаться и в химических реакциях с радикальным механизмом. Примером такой реакции является присоединение бромоводорода к олефинам. Эта реакция протекает в присутствии перекиси и называется еще эффектом Хариша. Рассмотрим эту реакцию подробнее: под воздействием перекиси из бромоводорода выделяется атомарный бром, который и является активной атакующей частицей. Данная реакция имеет свободно радикальный механизм и протекает в направлении образования наиболее стабильных вторичных радикалов.

При этом реакции по правилу Марковникова протекают с меньшими энергетическими затратами, чем присоединение идущее против этого правила.

Источник

Правило Марковникова в химии имеет большое значение в случаях взаимодействия воды или протонных кислот с такими органическими веществами как алкены и алкины. Примером может служить уравнение реакции: пропен + вода.

Суть этого правила в направлении разных типов реакций в зависимости от химического строения с участием реагентов, в структуре которых есть двойная связь. За этим правилом могут протекать реакции присоединения, отщепления, замещения, а также — реакции изомеризации.

Кратко о жизни и деятельности ученого-органика Марковникова

Ученый Владимир Васильевич Марковников занимался исследованиями в таких отраслях как органический синтез, нефтехимия и теоретическая органическая химия.

Марковников Владимир Васильевич (1838-1904)

В период с 1862 по 1867 гг. он смог пополнить багаж знаний человечества об изомерах спиртов и жирных кислот, открыть в ряду олефиновых углеродов оксиды, в первый раз в истории синтезировать оксо- и галогенопроизводные изомеры масляной кислоты.

На основании знаний, полученных в результате этих исследований, учёный смог сформулировать новое учение про взаимное влияние атомов, которое впоследствии получило имя автора. Сделал он это в 1869 г.

Современная формулировка правила Марковникова

Механизм реакции взаимодействия электрофильных реагентов с молекулами органических веществ, в которых есть двойная связь (электрофильное присоединение), происходит с образованием наиболее устойчивых карбокатионов.

Но если в строении алкена есть неконцевая двойная связь, то в этом случае будет иметь место правило Зайцева.

В соответствии с ним — тогда будет менее выражена ориентация присоединения.

Механизм электрофильного присоединения

Направление реакций этого типа происходит благодаря такому явлению как электронный эффект. То есть, благодаря смещению электронной плотности в молекуле.

На первой стадии образуется комплекс в результате взаимодействия электронов двойной связи с электрофильной частицей (чаще всего это ион водорода).

Вторая стадия — стадия гетеролитического разрыва связи — характеризуется образованием ковалентной связи между одним из атомов углерода и электрофильной частицей, в итоге образуется карбокатион.

На третьей стадии происходит образование второй связи за счёт второй электронной пары аниона (карбокатион реагирует с анионом).

Простыми словами, общая схема действия этого правила заключается в том, что присоединение иона водорода происходит к тому атому углерода (он обязательно должен находится возле двойной связи), который заряжен более отрицательно.

Исключение из правила

Вопреки правилу протекают реакции, в которых заместителем, стоящим при двойной связи, производится оттягивание электронной плотности в свою сторону. Этим осуществляется проявление электроноакцепторных свойств.

Пример такой реакции есть взаимодействие хлороводорода с 3,3,3-трихлорпропеном.

Вторым случаем, когда реакция присоединения происходит против этого правила, есть протекание реакций за радикальным механизмом (в реакции присутствуют атакующие свободные радикалы).

Примером может служить присоединение олефинов к бромоводороду. В таких реакциях происходит гомолитический разрыв связи.

Где применяется правило Марковникова

Правило нашло своё применение:

В производстве различных смесей, использующихся как на производствах, так и в быту. Например, оно применяется в изготовлении химического сырья, топлива и каучука.

Также его применяют для упрощения производства масел для смазки, спирта и полимеров.

Кроме всего вышеперечисленного, правило используется для изготовления смесей, входящих в состав горючего для бензинных двигателей самолетов и автомобилей, и для производства сажи, из которой потом делается топографическая краска.

Источник

Для каких соединений не выполняется правило марковникова

Правило Марковникова — при присоединении галогеноводородов или воды к несимметричным алкенам или алкинам атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному (гидрированному) углеродному атому (т.е. к атому С, связанному с большим числом атомов Н), а атом галогена (или группа –ОН) – к наименее гидрогенизированному.

Правило, устанавливающее направление реакции присоединения галогеноводородов (гидрогалогенирование) и воды (гидратация), сформулировал русский химик В.В. Марковников в 1869 г.

Правило Марковникова о присоединении по двойной связи объясняется смещением электронной плотности в молекулах несимметричных алкенов.

Механизм присоединения по правилу Марковникова

Электронная плотность в молекуле СН₃-СН=СН₂ до вступления в реакцию распределена неравномерно. Это обусловлено тем, что метильная группа СН₃ за счет суммирования небольшой полярности трех С-Н-связей является донором электронов, т.е. проявляет +I-эффект ссылка по отношению к соседним атомам углерода.

Это вызывает смещение подвижности π-электронов двойной связи в сторону более гидрогенизированного атома углерода и появлению на нем частичного отрицательного заряда (δ-).

На другом, менее гидрогенизированном, атоме углерода возникает частичный положительный заряд (δ+). Поэтому атака электрофильной частицы Н+ происходит по более гидрогенизированному углеродному атому, а атом галогена или группа –ОН присоединяются к менее гидрогенизированному атому углерода.

Например, гидробромирование бутена-2 и пропена:

Бутен-2 является симметричным алкеном, оба углеродных атома относительно двойной связи совершенно равноценны. В результате первой реакции образуется один продукт – 2-бромбутан.

Пропен – несимметричный алкен. Один углеродный атом при двойной связи более гидрогенизирован, т.е. содержит большее число атомов водорода. Поэтому продуктом реакции является 2-бромпропан.

Присоединение воды к несимметричным алкенам также происходит по правилу Марковникова.

Например, гидратация пропена и бутена-1:

В результате гидратации пропена образуется пропанол-2, а не пропанол-1. А в результате гидратации бутена-1 – бутанол-2, а не бутанол-1.

Если же в алкене присутствует электроноакцепторный заместитель, т.е. группа, обладающая способностью оттягивать на себя электронную плотность, более стабильным может оказаться первичный катион и реакция пойдет против правила Марковникова, например гидрогалогенирование трифторпропена.

Источник