Номер 134, страница 43 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.134. Приведите механизм взаимодействия брома с циклогексеном в неполярном растворителе.

Взаимодействие брома ($Br_2$) с циклогексеном в неполярном растворителе (например, $CCl_4$ или гексан) является классическим примером реакции электрофильного присоединения ($A_E$) к алкенам. Механизм этой реакции объясняет специфическую стереохимию продукта.

Решение

Механизм состоит из нескольких последовательных стадий:

1. Стадия 1: Поляризация молекулы брома и образование π-комплекса.

   При сближении молекулы брома с двойной связью циклогексена, ее π-электронное облако индуцирует диполь в неполярной молекуле $Br_2$. Атом брома, находящийся ближе к двойной связи, приобретает частичный положительный заряд ($Br^{\delta+}$), а дальний атом — частичный отрицательный ($Br^{\delta-}$). Между алкеном и поляризованной молекулой брома образуется неустойчивое донорно-акцепторное образование — π-комплекс.

2. Стадия 2: Образование циклического бромониевого иона.

   Эта стадия является медленной и определяет скорость всей реакции (лимитирующая стадия). Происходит атака π-электронов двойной связи на частично положительный атом брома, что приводит к гетеролитическому разрыву связи $Br-Br$. Уходящая группа — бромид-ион ($Br^−$). В результате образуется промежуточный циклический катион, называемый бромониевым ионом. В этом ионе атом брома связан одновременно с двумя атомами углерода бывшей двойной связи, образуя трехчленный цикл. Положительный заряд распределен между тремя атомами (Br, C, C).

3. Стадия 3: Нуклеофильная атака бромид-иона.

   Бромид-ион ($Br^−$), образовавшийся на предыдущей стадии, действует как нуклеофил. Он атакует один из двух атомов углерода бромониевого иона. Эта атака происходит строго с обратной стороны по отношению к атому брома в цикле (анти-присоединение), так как доступ с той же стороны (син-присоединение) стерически затруднен объемным мостиковым атомом брома. В результате нуклеофильной атаки трехчленный цикл раскрывается, и образуется конечный продукт — транс-1,2-дибромциклогексан.

   Поскольку исходный циклогексен является плоской (в области двойной связи) и ахиральной молекулой, атака брома может происходить с равной вероятностью с любой из двух сторон. Это приводит к образованию рацемической смеси двух энантиомеров: (1R,2R)- и (1S,2S)-1,2-дибромциклогексана.

Суммарно, механизм можно представить следующей схемой:

$C_6H_{10} + Br_2 \xrightarrow{\text{Стадия 1}} [\text{π-комплекс}] \xrightarrow{\text{Стадия 2, медленно}} [\text{Бромониевый ион}]^+ + Br^- \xrightarrow{\text{Стадия 3, быстро}} \text{транс-}C_6H_{10}Br_2$

Ответ: Механизм взаимодействия брома с циклогексеном в неполярном растворителе — это электрофильное присоединение ($A_E$). Реакция протекает в несколько стадий с образованием промежуточного циклического бромониевого иона. Атака бромид-иона на этот ион происходит с противоположной стороны (анти-присоединение), что приводит к образованию исключительно транс-1,2-дибромциклогексана в виде рацемической смеси.