Какой из изомерных продуктов крекинга нефти бутен-1 или 2-метилпропен является более реакционноспособным в реакциях элек-трофильного присоединения? Какое соединение образуется при…

Кратко: сравниваем бутен-1 (CH2=CH-CH2-CH3) и 2-метилпропен (CH2=C(CH3)2) пореакционной способности в электрофильном присоединении, предсказываем продукт гидрирования более активного алкена и даём разбор по ПМР.

1. Какой из изомерных алкенов более реакционноспособен в электрофильном присоединении?

• Определяем степень замещённости двойной связи:
  • бутен-1: CH2=CH-CH2-CH3 — двойная связь бисубституирована суммарно одной алкильной группой (приведённая двойная связь — моностуктурированная). Это моноубститиуированное алкеновое звено.
  • 2-метилпропен: CH2=C(CH3)2 — двойная связь соединена с одной стороны CH2 (0 замещений на этой углеродной вершине), с другой стороны — C(CH3)2 (два метильных заместителя). Всего двойная связь дизубституирована (2 замещения). Правило: чем более замещено алкенное звено, тем стабильнее образующийся карбокатион после присоединения протона и тем быстрее идёт электрофильное присоединение в большинстве реакций (HX, Br2 и т. п.).
• Следовательно, 2-метилпропен более реакционноспособен в реакциях электрофильного присоединения, чем бутен-1.

2. Какое соединение образуется при присоединении водорода к более активному алкену?

• Более активным алкеном является 2-метилпропен.
• Гидрирование (добавление H2) к CH2=C(CH3)2 даёт изобутан (2-метилпопан) — CH3-CH(CH3)2, то есть изобутан (C4H10).
• Уравнение по-русски: CH2=C(CH3)2 + H2 → (CH3)3CH (изобутан).
• Примечание: это синтетическое добавление водорода по принципу каталитического гидрирования; добавление идёт по обеим углеродам двойной связи (один H присоединяется к CH2, другой — к quaternary-углероду, который образуется после присоединения), образуя изобутан.

3. Как будут отличаться спектры ПМР бутена-1 и 2-метилпропена? Число неэквивентных протонов

• Общий подход: сравниваем число уникальных (неэквив.) групп протонов и ожидаемые химические сдвиги.

A) Бутен-1 (CH2=CH-CH2-CH3)

• Группы протонов (с учетом неэквив.):
  • Vinyl CH2: два протона на одном углероде двойной связи, но они не эквивалентны друг другу в этой молекуле; дают две разные сигнала в области мембранных винильных протонов.
  • Vinylic CH: один протон на втором сп2-углероде двойной связи.
  • Allylic CH2: группа CH2 рядом с двойной связью (на следующем углероде); обычно две протона эквивалентны.
  • Terminal CH3: три протона, эквивалентны, соседствуют с CH2 и дают характерный сигнал около 0.9–1.0 ppm.
• Итого неэквивентных групп протонов: 5 сигналов (2 сигнала от двух винильных протонов CH2- на левом конце, 1 сигнал у винильного CH, 1 сигнал у allylic CH2, 1 сигнал у CH3).
• Примерные диапазоны (ориентировочно):
  • Vinyl CH2 (каждый из двух неэквив. протонов): около 4.8–5.3 ppm, часто как два отдельных сигнала.
  • Vinyl CH: около 5.8–6.0 ppm.
  • Allylic CH2: около 1.8–2.2 ppm (мультиплет).
  • CH3 (терминальный): около 0.9–1.0 ppm (триплет).
• Вывод: бутен-1 имеет примерно 5 различных неэквив. групп протонов в 1H NMR.

B) 2-метилпропен (CH2=C(CH3)2)

• Группы протонов:
  • Vinyl CH2: два протона на одном углероде двойной связи, которые здесь обычно эквивалентны из-за симметрии молекулы; дают один сигнал.
  • Мильные группы на сп2-углероде: две идентичные метильные группы (6 протонов) на том же углероде двойной связи; их протоны эквивалентны между собой и дают один сигнал.
• Итого неэквивентных групп протонов: 2 сигнала (один для vinyl CH2, один для суммарных 6H метильных групп).
• Примерные диапазоны (ориентировочно):
  • Vinyl CH2: около 4.7–5.1 ppm, обычно как singlet (если CH2 протоны эквивалентны).
  • Метильные группы: около 1.6–1.8 ppm, singlet, интеграция 6H.
• Вывод: 2-метилпропен имеет всего 2 различных неэквивентных группы протонов в 1H NMR.

Итого:

• Бутен-1: больше неэквивентных протонов (примерно 5 групп).
• 2-метилпропен: меньше неэквивентных протонов (примерно 2 группы).

Коротко по задачам:

• Более реакционноспособный алкен в электрофильных реакциях: 2-метилпропен.
• Продукт присоединения водорода к более активному алкену: изобутан (2-метилпропан).
• Прогноз по ПМР:
  • бутен-1: около 5 сигналов в 1H NMR (4.8–6.0 ppm region и нижние поля для алкильной части).
  • 2-метилпропен: около 2 сигналов в 1H NMR (4.7–5.1 ppm для vinyl CH2 и 1.6–1.8 ppm для метильных групп).