Номер 329, страница 76 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.329. Почему 2-метил-2-метоксипропан (МТБЭ) можно получить по реакции mpem-бутилата калия с иодметаном, но нельзя по реакции метилата калия с 2-иод-2-метилпропаном?

Данный вопрос касается синтеза простых эфиров по реакции Вильямсона, в рамках которой конкурируют два основных механизма: бимолекулярное нуклеофильное замещение ($S_N2$) и бимолекулярное элиминирование ($E2$). Исход реакции определяется строением алкилгалогенида и алкоксида.

Решение

В этом случае в реакцию вступают трет-бутилат калия $((CH_3)_3CO^-K^+)$ и иодметан $(CH_3I)$.

Уравнение реакции:

$(CH_3)_3CO^-K^+ + CH_3I \rightarrow (CH_3)_3C-O-CH_3 + KI$

Рассмотрим реагенты:

• Иодметан $(CH_3I)$ является метилгалогенидом. У него отсутствует β-атом водорода, что делает невозможной реакцию элиминирования ($E2$). Атом углерода в иодметане стерически не затруднен, что делает его идеальным субстратом для реакции $S_N2$.
• Трет-бутилат калия $((CH_3)_3CO^-K^+)$ является источником трет-бутилат-иона. Это сильное основание, но из-за своей объёмной структуры (наличия трёх метильных групп у центрального атома углерода) он является слабым нуклеофилом.

Поскольку для субстрата (иодметана) реакция элиминирования невозможна, единственным путем является нуклеофильное замещение. Несмотря на то что трет-бутилат — слабый нуклеофил, он атакует незатрудненный атом углерода в иодметане, приводя к образованию 2-метил-2-метоксипропана (МТБЭ).

Ответ: 2-метил-2-метоксипропан можно получить этим способом, так как используется метилгалогенид — субстрат, который легко вступает в реакцию нуклеофильного замещения ($S_N2$) и не способен к конкурирующей реакции элиминирования.

Решение

В этом случае реагентами являются метилат калия $(CH_3O^-K^+)$ и 2-иод-2-метилпропан $((CH_3)_3CI)$.

Рассмотрим реагенты:

• 2-иод-2-метилпропан $((CH_3)_3CI)$ является третичным галогеналканом. Атом углерода, связанный с иодом, окружен тремя метильными группами, что создает сильные пространственные препятствия для атаки нуклеофила. Поэтому реакция $S_N2$ для него крайне затруднена.
• Метилат калия $(CH_3O^-K^+)$ является источником метилат-иона. Это сильный нуклеофил и, что более важно в данном случае, сильное и пространственно незатрудненное основание.

В данных условиях (третичный галогеналкан и сильное основание) преобладающим процессом становится реакция элиминирования ($E2$). Метилат-ион действует как основание, отщепляя протон от одного из соседних (β) атомов углерода, что приводит к образованию алкена. Реакция замещения практически не протекает.

Уравнение преобладающей реакции:

$CH_3O^-K^+ + (CH_3)_3CI \rightarrow CH_2=C(CH_3)_2 + CH_3OH + KI$

Основным продуктом реакции является алкен — 2-метилпропен (изобутилен), а не целевой эфир МТБЭ.

Ответ: 2-метил-2-метоксипропан нельзя получить этим способом, потому что третичный галогеналкан в реакции с сильным основанием (метилатом калия) вступает преимущественно в реакцию элиминирования ($E2$) с образованием алкена, а не в реакцию нуклеофильного замещения ($S_N2$).