Reguła Markownikowa

1. Do czego jest reguła Markownikowa ?

Reguły Markownikowa używamy wtedy, kiedy mamy reakcję addycji elektrofilowej (dodajemy coś do wiązania C=C lub C≡C) i są teoretycznie dwie możliwości, dwa możliwe produkty, a my mamy wybrać, który będzie tym dominującym (głównym).

Reguła Markownikowa pomaga ustalić główny produkt reakcji.

Kiedy omawialiśmy reakcje alkenów już poznaliśmy samą, suchą definicję tej reguły.

Reguła Markownikowa[1] ― podczas addycji związku HX do alkenów, atom wodoru przyłącza się do tego atomu węgla w wiązaniu podwójnym, który ma więcej atomów wodoru, niż drugi atom węgla z wiązania podwójnego. Regułę Markownikowa stosujemy także w addycji elektrofilowej do alkinów.

Pamiętaj, że reguły są bezużyteczne, jeśli nie umiemy ich wyjaśnić.

Dzięki regule Markownikowa wiemy, że w powyższej reakcji powstanie produkt numer 1, a związek numer 2 będzie produktem ubocznym.

2. Podaj produkt zgodny z regułą Markownikowa

Zanim spróbujemy coś podłubać w samej regule Markownikowa, to zróbmy parę przykładów, aby to przećwiczyć.

Ćwiczymy znajdowanie produktów zgodnych z regułą Markownikowa.

Chciałbym zwrócić Twoją uwagę na dwie rzeczy :

➦ Zobacz na trzeci przykład. Tam pod kątem reguły Markownikowa mamy remis, bo przy obu węglach jest taka sama ilość wodorów (po jednym), więc wodór możemy przyłączyć do któregokolwiek z węgli. Nie ma to jednak znaczenia, bo jakkolwiek tego nie zrobimy, uzyskamy ten sam produkt (te dwie teoretyczne możliwości zaznaczono w ramce, to są te same związki).

➦ A teraz czwarty, prawie że podobny przykład. Też mamy remis (po jednym wodorze), ale przyłączenie wodoru i bromu może zajść na dwa sposoby, dając dwa zupełnie różne produkty. W takim przypadku po prostu powstaje mieszanina produktów i wszystkie trzeba zapisać w odpowiedzi. W pozostałych przykładach (np. pierwszym i drugim) podano tylko produkt zgodny z regułą Markownikowa (czyli główny).

3. Reguły są bezużyteczne, jeśli ich nie rozumiesz

No dobra, tytuł tego akapitu brzmi bardzo butnie, sugerując, że teraz przyjadę na białym koniu i uratuję Cię z tej maturalnej beznadziei. Wiesz już doskonale, że chemia maturalna to popis wiedzy chemicznej definicji takich regułek i umiejętności rozwiązywania zadań. Nie masz rozumieć, masz umieć.

I to nie jest Wasza wina, tylko fatalnie dobranej podstawy programowej. Śmialiśmy się z tego już nie raz. No dobra, ale śmieszki śmieszkami, ale czy da się to jakoś wyjaśnić? Tak, spróbujemy, ale od razu zaznaczę, że to temat dodatkowy, jeśli Ci się nie chce, nie masz czasu to leć do następnego artykułu (wystarczy, że potrafisz rozwiązywać zadania, bo tylko to sprawdza matura). Przeczytaj jednak czym jest nukleofil oraz elektrofli, bo to musisz wiedzieć.  I jeszcze jedna kwestia[2].

4. Jak wyjaśnić regułę Markownikowa ?

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. W bardzo dużym uproszczeniu − czym jest elektrofil i nukleofil ?

ElektrofilNukleofil
Ma ładunek dodatni.
Chce się łączyć z minusem.
Ma ładunek ujemny.
Chce się łączyć z plusem.
np. H+np. Cl czy Br ,
C=C oraz C≡C
W bardzo dużym uproszczeniu − czym jest elektrofil i nukleofil ?

Czemu wiązanie podwójne (czyli alkeny) są nukleofilowe („minusowe”) ? Ponieważ wiązanie pi (𝜋) to nic innego jak para elektronów, która jest gotowa do ataku na elektrofila! Zobaczmy teraz, jak dokładnie przebiega reakcja alkenu z HCl.

Właśnie poznajemy pierwszy w życiu mechanizm!

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+. Można to zawsze zrobić teoretycznie na dwie możliwości, a powstanie nam produkt przejściowy, który nazwiemy karbokationem (karbo = węgiel, kation = wiadomo).

Na sam koniec musimy jeszcze tylko połączyć elektrofilowy karbokation z nukleofilowym anionem chlorkowym. Tylko skąd mamy wiedzieć, który karbokation jest tym dominującym [3]?

Kluczowe jest zadanie sobie fundamentalnego pytania, które zadają także uliczne dresy, czyli ,,Masz jakiś problem” ?

Wszystko sprowadza się zatem do ustalenia, gdzie znajdzie się ładunek plus (karbokation), po dodaniu H+ do wiązania podwójnego C=C. Potem jest to już kwestia dodania nukleofila (np. Cl czy Br) do tego węgla.

Porównanie trwałości karbokationów. 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.

I to tyle! Mam nadzieję, że chociaż troszeczkę udało się to wyjaśnić. Istnieje oczywiście wiele bardziej zaawansowanych niuansów tej reakcji, a to co widzimy to jedynie czubek góry lodowej. Jak zwykle, jeśli jesteś zainteresowany chemią, to koniecznie skieruj swoje kroki w stronę Olimpiady Chemicznej.


[1] Istnieje masa alternatywnych definicji tej reguły. Można się na przykład spotkać ze sformułowaniem : … atom wodoru przyłącza się do atomu węgla, który ma mniej podstawników alkilowych, a reszta przyłącza się do atomu węgla, która ma więcej podstawników alkilowych. Przypomnę, że podstawnik alkilowy to były te grupy metylowe, etylowe itd. Obstawiam, że ta wersja jest dla Ciebie mniej sympatyczna.

[2] To wytłumaczenie będzie (mam nadzieję) złotym środkiem, pomiędzy nieco bardziej zaawansowaną (olimpijską) wiedzą, a maturalną rzeczywistością, na której podstawach wiedzy muszę się opierać, aby dało się cokolwiek rozjaśnić. Czyli wciąż będą to takie troszkę kłamstwa (nazwijmy je uproszczeniami), ale już nieco bardziej do przełknięcia niż brak jakiegokolwiek wytłumaczenia.

[3] Tu z reguły się kończy wiedza typowego olimpijczyka. Olimpijczyk bowiem wie, jak wygląda mechanizm reakcji, potrafi wskazywać elektrofile i nukleofile i zna szereg trwałości karbokationów, ale nie potrafi go wyjaśnić. W efekcie sprowadza się to do tego, że uczy on się oprócz samego schematu reakcji (jak maturzyści), to jeszcze uczy się na pamięć mechanizmu, ale też go nie rozumie!

Leave a Reply

%d bloggers like this: