Znów siadasz do sprawdzianu dzień wcześniej i liczysz na cud?😭 z mapami maturalnymi cuda się zdarzają, sprawdź!😇
logo chemia maturalna

Eliminacja Hofmanna

SPIS TREŚCI

1. Co to jest eliminacja?

Zanim odpowiemy na pytanie czym jest eliminacja Hofmanna, to najpierw w ogóle wypadałoby przypomnieć sobie, czym jest właściwie eliminacja?

Sama eliminacja to jedna z czterech podstawowych reakcji w chemii organicznej. Z czym nam się teraz może kojarzyć samo słówko ,,eliminacja” , aby nieco lepiej to zapamiętać? Już spieszę z pomocą :

➦ Eliminowane są teraz jakiekolwiek resztki szacunku do ,tfu, putina (obowiązkowo z małej litery).

➦ Eliminowani są rosyjscy żołnierze.

➦ Eliminowane są oszczędności życia Rosjan ze względu na szybującego w dół rubla.

➦ Eliminowane są … a zresztą wiadomo już o co chodzi[1].

Zatem eliminacja to ,,zabieranie/tracenie”. Popatrzmy na przykładowe reakcje eliminacji :

Zadanie 1 – Spośród podanych niżej reakcji wskaż tą, która jest przykładem reakcji eliminacji.

Która reakcja to eliminacja?

Sama eliminacja Hofmanna to temat dodatkowy w kontekście matury, dlatego też pozwoliłem sobie zastosować wzory szkieletowe (które oczywiście obowiązują Cię jeśli mówimy o związkach cyklicznych, czyli w przykładach 1 czy 2).

Pamiętaj jednak, że ani ja, ani egzaminatorzy CKE nie mogą Cię zmusić do patrzenia na cząsteczki organiczne w taki sposób. Jeśli akurat Tobie jest tak wygodniej, to przerysuj sobie te cząsteczki do wzoru np. półstrukturalnego.

Prawidłowa odpowiedź to reakcja numer 1

Jak być może pamiętasz z tego co mówiłem – perspektywa dla początkującego chemika organika to absolutnie wszystko! Ja tutaj akurat zrobiłem podejście hybrydowe, nazwijmy to : podejście brudnopisowe[2]. To złoty środek pomiędzy zrozumieniem, a nie traceniem bez sensu czasu na maturze czy sprawdzianie na rysowanie każdego wiązania.

Prześledźmy teraz dokładnie reakcję eliminacji :

Eliminacja krok po kroku. Zwróć też uwagę na dziwny reagent : tBuOK [3]. To klasyczny manewr autorów zadań na Olimpiadzie, którzy zamieniają łatwe reagenty takie jak np. KOH na trudniejsze jak tBUOK, które robią dokładnie to samo (tutaj eliminację), ale poprzez swój ,,straszny wygląd” sprawiają, że zawodnik jest nieco sparaliżowany, pomimo że w tym przypadku kompletnie nie ma to znaczenia, bo nie to jest esencją tego zadania.

W reakcji eliminacji będziemy eliminować (zabierać) atomy, pozostawiając inne (klasycznie węgle) bez oktetu. Sytuacja to dla nas absolutnie niedopuszczalna, zatem coś z tym problemem musimy zrobić. Dorzucamy zatem wiązanie wielokrotne i reakcję eliminacji można też właśnie w ten sposób rozpoznać, ponieważ tworzy się wiązanie podwójne lub potrójne (wielokrotne).

2. Gdzie nastąpi eliminacja, czyli reguła Zajcewa

Żeby w ogóle myśleć o reakcji eliminacji w cząsteczce musi być obecna tak zwana grupa odchodząca[4]. To temat, który wcale nie jest taki trudny, ale jednak wykracza poza maturę. Na pewno pojawi się jeszcze tutaj post poszerzający ten temat (w końcu chcemy walczyć ze szkolną przeciętnością!), ale na szczęście na maturze są właściwie tylko dwie grupy odchodzące : będzie to atom chloru i bromu.

Jak można się domyśleć po samej nazwie – grupa odchodząca będzie od cząsteczki… odchodzić! Wydaje się to takie banalne, takie mało odkrywcze, a uwierzcie że ta informacja działa cuda na Olimpiadzie Chemicznej! Jeśli Cię to interesuje (nie musisz tego oglądać), to zostawiam wycinek z kursu do Olimpiady Chemicznej na temat tych grup :

Co to są grupy odchodzące?

Ok, pozostaje jednak jedna bardzo ważna kwestia. Skąd mam wiedzieć, który dokładnie wodór zabrać? W końcu mogę zabrać atom wodoru sąsiadujący po jednej albo drugiej stronie naszej grupy odchodzącej, co często doprowadzi do dwóch różnych produktów. W naszym przykładzie akurat nie miało to żadnego znaczenia, ponieważ ilość wodorów po obu stronach była taka sama, a po drugie z którejkolwiek strony byśmy wodoru nie zabrali, to i tak uzyskamy ten sam produkt (cyklopenten).

W reakcji eliminacji możemy mieć czasem dwa różne produkty.

Kierowaliśmy się tutaj regułą Zajcewa : została ona już wcześniej opracowana, więc w razie czego musisz nadrobić zaległości. W szkolnej wersji mówiła ona, że zabieramy atom wodoru tam, gdzie jest mniej wodorów.

3. Reguła (eliminacja) Hofmanna[5] to wyjątek od reguły Zajcewa?

Można powiedzieć, że produkt niezgodny z regułą Zajcewa to inaczej ten zgodny z regułą Hofmanna. Pamiętajmy też, że w chemii reguły (głównie mówię tutaj o regule Markownikowa oraz regule Zajcewa) nie są zero jedynkowe i nie można ich tak traktować.

Oznacza to, że jeśli mamy produkt ,,zgodny z regułą Markownikowa czy Zajcewa”, to nie oznacza, że drugiego produktu w ogóle nie ma! Jest i to często w całkiem sporych ilościach, np. 20% (a to jedna na pięć cząsteczek!).

W tym przypadku produkt uboczny naszej reakcji eliminacji nazwalibyśmy produktem zgodnym z regułą Hofmanna (i jednocześnie = niezgodny z regułą Zajcewa).

Eliminacja Hofmanna to do tej pory coś, co traktowaliśmy jako produkt uboczny reakcji eliminacji, gdzie dominował Zajcew i jego reguła.

Nieprzypadkowo nad strzałką pojawiło się samo słowo ,,eliminacja”, ponieważ okazuje się, że można tak dobrać reagenty, aby powstał produkt zgodny z regułą Zajcewa, ale też ten drugi (jako produkt główny).

Eliminacja Hofmanna

Ok, teraz spróbujemy to wyjaśnić. Czym jest ten magiczny reagent i czym różni się od KOH, że powoduje powstanie zupełnie innego produktu.

4. Skąd się bierze eliminacja Hofmanna?

Zacznijmy od wytłumaczenia dlaczego w ogóle KOH powoduje eliminację? Mówiliśmy już o tym, że pierwszym elementem po którym rozpoznawaliśmy możliwość eliminacji była grupa odchodząca, co w warunkach maturalnych oznaczało obecność chloru lub bromu. Ale czemu potrzebny jest taki KOH czy NaOH (i to jeszcze w etanolu)?

Wodorotlenek potasu to oczywiście zasada. Obecny tam jon hydroksylowy (OH) jest zasadą Bronsteda. A co robiły zasady Bronsteda, jaki był ich życiowy cel? Zasada chciała przyjąć proton! I dlatego właśnie do eliminacji jest potrzebna (mocna) zasada, która zabierze proton, a ostatecznie od cząsteczki odchodzi HCl czy HBr.

Jon hydroksylowy jest mały i zgrabny i jest w stanie się wszędzie dostać. Dlatego też może on sobie zabierać wodór który jest po obu stronach grupy odchodzącej (Cl lub Br).

Mały jon OH może przebierać w ofertach ataku na proton : lewo czy prawo? O tym decyduje trwałość alkenu = reguła Zajcewa. Głównym produktem jest ten zaznaczony w ramce na dole.

Wtedy właśnie o ,,głównym produkcie” decyduje reguła Zajcewa, ponieważ nie chodzi w niej tak naprawdę o to, skąd zabieramy atom wodoru (to jest co najwyżej nasza obserwacja), ale o to, że ma się wytworzyć trwalszy alken. A trwalszy alken to taki, który jest jak najbardziej podstawiony.

Można powiedzieć że to jest reguła Zajcewa.

Nasz tBuOK czyli (CH3)3COK jest solą potasową alkoholu (CH3)3COH. Alkohole są bardzo słabymi kwasami, co oznacza że jego sprzężona zasada jest bardzo mocną zasadą, dlatego też (CH3)3COK jest mocną zasadą ⇒ i tak samo jak OH będzie chciała zabrać wodór. Różnica jest jednak taka, że tym razem to gruby, powolny i ociężały reagent, który nie jest już tak mały i zwinny jak OH i nie jest w stanie zabierać atomu wodoru skąd popadnie. Jest on leniwy i będzie zabierał proton tam, skąd będzie łatwiej dostępny.

Eliminacja Hofmanna może być faworyzowana przez dobór odpowiednich reagentów.

Tutaj po prostu nie ma wyboru i jedyne co możemy zrobić to zabrać łatwiej dostępne protony, nawet jeśli ma to doprowadzić do mniej trwałego alkenu.

5. Eliminacja Hofmanna w aminach

Takim najbardziej ,,znanym” przykładem eliminacji Hofmanna będzie eliminacja w solach amoniowych, które naturalnie powstają z amin.

Eliminacja Hofmanna

Pierwszą reakcję znamy już z chemii amin. Jest to substytucja nukleofilowa i była ona omawiana tutaj. Powstała grupa –N(CH3)3 jest dobrą grupą odchodzącą, tak samo jak nasz maturalny chlor lub brom. Następnie używamy Ag2O , który jest zasadowy, a więc będziemy zabierać proton, co wraz z odejściem grupy odchodzącej zwiastuje eliminację.

W tej reakcji postuluje się taki myk, że właśnie ta grupa –N(CH3)3 jest bardzo duża, przez co nasza zasada również może zabrać łatwiej dostępny proton, co prowadzi do eliminacji zgodnej z regułą Hofmanna.


[1] To co się odwaliło w ostatnich dniach to absolutny kosmos, który wykracza poza skalę naszego zdroworozsądkowego rozumienia i ciężko to ująć w słowa. Na moment odechciało się robić cokolwiek, człowiek był zwyczajnie rozbity i przytłoczony tym co się dzieje.

Wierzę jednak, że to co się dzieje wkrótce zakończy się dla nas i dla Ukraińców korzystnie, a ja, starając się zachować jakiekolwiek pozory normalności dnia codziennego, dostarczam Wam content do czytania.

Tematyka posta jest reakcją na Wasze oczekiwania. Zgodnie z tym, co niedawno pisałem na Instagramie, to Wy będziecie decydować o tym jakie treści pojawią się na blogu!

Dziękuję ,,vaoix” za propozycję tematu!

[2] Weź pod uwagę, że faktycznie jest to brudnopis z pełnego zdarzenia. Dlatego np. alken w przykładzie czwartym został narysowany, hmmm… obrzydliwie? Chodzi mi o to, że zupełnie nie zachowałem tutaj geometrii, przestrzennego ułożenia tej cząsteczki, ale nie dlatego że jestem leniwy albo tego nie potrafię – zwyczajnie nie ma to znaczenia akurat w tym zadaniu.

Bo tutaj chodzi nam tylko i wyłącznie o to, aby zobaczyć gdzie jest reakcja eliminacji. Zadanie ma być zrobione przede wszystkim dobrze, ale także w miarę szybko. Czasu na egzaminach nie ma za dużo!

[3] tBUOK to tert–butanolan potasu, co prawdopodobnie jeszcze mało Ci mówi. Jest to w rzeczywistości sól rozgałęzionego butanolu : (CH3)3COH ⇒ (CH3)3COK . Za chwilę w tekście do niego wrócimy, bo akurat jest on typowy dla eliminacji Hofmanna.

[4] Grupa odchodząca [ang. leaving group , stąd używamy także skrótku LG). Grupy odchodzące dzielimy na dobre i złe i chlor i brom należą do tej pierwszej grupy. Oznacza to, że gdy mamy w cząsteczce chlor lub brom, to prawdopodobnie za chwilę ich tam nie będzie, bo zostaną albo usunięte (reakcja eliminacji) albo zastąpione inną grupą (reakcja substytucji).

[5] Co ciekawe, Hofmannów było dwóch. Jeden Hofmann to był niezły gagatek. O jego ,,rowerowym wyczynie i bohaterskiej dawce LSD” możecie posłuchać tutaj. Drugi natomiast zapewnił Ci dodatkowe atrakcje w chemii organicznej właśnie w postaci swojej reguły 🙂

Share on facebook
Share on twitter
Share on whatsapp
Share on email
SPIS TREŚCI
pinezka

2 komentarzy

    Czy eliminacja hoffmana obowiązuje na maturze?

      Nie, to nie obowiązuje na maturze, ale warto wiedzieć, że reguła Zajcewa w reakcjach eliminacji to nie jest ,,święta reguła” 🙂
      Post powstał, ponieważ został wylosowany wśród osób, które zgłosiły swój pomysł na Instagramie (@nawetniejestemchemikiem), bo chcę, żebyście Wy też mieli swój udział w tworzeniu tej strony!

Dodaj komentarz

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.

Mogą Cię zainteresować:

Koszyk

0
image/svg+xml

Brak produktów w koszyku.

Continue Shopping

Chcesz ogarnąć chemię maksymalnie bezboleśnie, szybko, a czasem się przy tym wszystkim nawet pośmiać?

Ta strona używa plików cookie, aby zapewnić Ci najlepsze doświadczenia.