Τριτοταγής άνθρακας
| τριτοταγής άνθρακας |
|---|
_V1.svg)
|
| Συντακτικός τύπος του ισοβουτανίου (τονίζεται ο τριτογενής άνθρακας κόκκινος) |
Ένα τριτοταγές άτομο άνθρακα είναι ένα άτομο άνθρακα που ενώνεται με τρία άλλα άτομα άνθρακα.[1] Για το λόγο αυτό, τα τριτογενή άτομα άνθρακα βρίσκονται μόνο σε υδρογονάνθρακες που περιέχουν τουλάχιστον τέσσερα άτομα άνθρακα. Ονομάζονται κορεσμένοι υδρογονάνθρακες επειδή περιέχουν μόνο απλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα.[2] Οι τριτογενείς άνθρακες έχουν υβριδισμό sp3. Τα τριτογενή άτομα άνθρακα μπορούν να εμφανιστούν, παραδείγματος χάρη, σε διακλαδισμένα αλκάνια, αλλά όχι σε γραμμικά αλκάνια.[3]
| πρωτογενής άνθρακας | δευτερογενής άνθρακας | τριτογενής άνθρακας | τεταρτογενής άνθρακας | |
| Γενική δομή (R = Οργανυλομάδα) |
|
|
|
|
| Μερικός συντακτικός τύπος |
|
|
|
|
Ονοματολογία
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Το R είναι η χαρακτηριστική ομάδα που συνδέεται με έναν τριτοταγή άνθρακα. Εάν η χαρακτηριστική ομάδα ήταν μια ομάδα ΟΗ, αυτή η ένωση θα ονομαζόταν συνήθως τριτοταγής βουτανόλη ή t-βουτανόλη. Όταν μια χαρακτηριστική ομάδα συνδέεται με έναν τριτοταγή άνθρακα, το πρόθεμα -tert (-t) χρησιμοποιείται στην κοινή ονομασία της ένωσης.[4] Ένα παράδειγμα φαίνεται στο σχήμα.
Σημασία
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Σταθερότητα καρβοκατιόντος
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Οι τριτοταγείς άνθρακες σχηματίζουν τα πιο σταθερά καρβοκατιόντα λόγω ενός συνδυασμού παραγόντων. Οι τρεις αλκυλομάδες στον τριτοταγή άνθρακα συμβάλλουν σε ένα ισχυρό επαγωγικό αποτέλεσμα. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε αλκυλομάδα θα μοιραστεί την πυκνότητα ηλεκτρονίων της με το κεντρικό καρβοκατιόν για να το σταθεροποιήσει. Επιπλέον, οι περιβάλλοντες υβριδισμένοι άνθρακες sp3 μπορούν να σταθεροποιήσουν το καρβοκατιόν μέσω υπερσύζευξης.[5] Αυτό συμβαίνει όταν τα γειτονικά τροχιακά sp3 έχουν ασθενή επικάλυψη με το κενό τροχιακό p. Δεδομένου ότι υπάρχουν 3 περιβάλλοντες άνθρακες με υβριδισμό sp3, υπάρχουν περισσότερες ευκαιρίες για επικάλυψη, γεγονός που συμβάλλει στην αύξηση της σταθερότητας του καρβοκατιόντος.
Μηχανισμοί αντίδρασης
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Ένα τριτοταγές καρβοκατιόν θα μεγιστοποιήσει την ταχύτητα της αντίδρασης για μια αντίδραση SN1 παράγοντας ένα σταθερό καρβοκατιόν. Αυτό συμβαίνει επειδή το βήμα που καθορίζει την ταχύτητα μιας αντίδρασης SN1 είναι ο σχηματισμός του καρβοκατιόντος. Η ταχύτητα της αντίδρασης επομένως εξαρτάται από τη σταθερότητα του καρβοκατιόντος, επειδή αυτό σημαίνει ότι η μεταβατική κατάσταση έχει χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας που καθιστά την ενέργεια ενεργοποίησης χαμηλότερη.[6] Οι τριτοταγείς άνθρακες προτιμώνται ομοίως στο Ε1 για τους ίδιους λόγους καθώς έχει ένα ενδιάμεσο καρβοκατιόν. Οι αντιδράσεις Ε1 και Ε2 ακολουθούν τον κανόνα του Zaitsev που δηλώνει ότι το πιο υποκατεστημένο προϊόν σε αντιδράσεις απόσπασης θα είναι το κύριο προϊόν, επειδή θα ευνοηθεί για τη σταθερότητά του. Αυτό οδηγεί στο να προτιμώνται οι τριτοταγείς άνθρακες για τη σταθερότητά τους στις αντιδράσεις απόσπασης.[7] Γενικά, οι αντιδράσεις SN2 δεν συμβαίνουν με τριτοταγείς άνθρακες λόγω της στερεοχημικής παρεμπόδισης που παράγεται από τις υποκατεστημένες ομάδες. Ωστόσο, πρόσφατη έρευνα έδειξε ότι υπάρχουν εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα. Για πρώτη φορά, μια διμοριακή πυρηνόφιλη υποκατάσταση, γνωστή και ως αντίδραση SN2, μπορεί να συμβεί σε έναν τριτοταγή άνθρακα.[8]
Παραπομπές
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]- ↑ Smith, Janice Gorzynski (2011). «Chapter 4 Alkanes». Organic chemistry (Book) (στα Αγγλικά) (3rd έκδοση). New York, NY: McGraw-Hill. σελ. 116. ISBN 978-0-07-337562-5.
- ↑ Ouellette, Robert J.; Rawn, J. David (2018), "Alkanes and Cycloalkanes: Structures and Reactions", Organic Chemistry, Elsevier, pp. 87–133, retrieved 2022-11-17
- ↑ Hans Peter Latscha, Uli Kazmaier, Helmut Alfons Klein (2016), Organische Chemie: Chemie-Basiswissen II (7. Auflage έκδοση), Berlin: Springer Spektrum, σελ. 40, ISBN 978-3-662-46180-8
- ↑ Illustrated Glossary of Organic Chemistry - Common Names (N, Neo, ISO, SEC, Tert), http://www.chem.ucla.edu/~harding/IGOC/C/common_name.html#:~:text=The%20prefix%20%22tert%22%20or%20%22,bonded%20to%20a%20tertiary%20carbon .
- ↑ "7.9: Carbocation Structure and Stability". Chemistry LibreTexts. 2016-11-30. Retrieved 2022-11-17.
- ↑ "7.4: SN1 Reaction Mechanism, Energy Diagram and Stereochemistry". Chemistry LibreTexts. 2021-12-15. Retrieved 2022-11-17.
- ↑ Liu, Xin. “8.4 Comparison and Competition between SN1, SN2, E1 and E2.” Organic Chemistry I, Kwantlen Polytechnic University, 9 Dec. 2021, https://kpu.pressbooks.pub/organicchemistry/chapter/8-4-comparison-and-competition-between-sn1-sn2-e1-and-e2/ .
- ↑ Mascal, Mark; Hafezi, Nema; Toney, Michael D. (2010-08-11). "1,4,7-Trimethyloxatriquinane: S N 2 Reaction at Tertiary Carbon". Journal of the American Chemical Society. 132 (31): 10662–10664. ISSN 0002-7863.