Карбены: дихлоркарбен и циклопропанирование — Органическая химия для олимпиад

Карбены: дихлоркарбен и циклопропанирование

52 задания

Карбены и циклопропаны

linkОпора

Карбен — короткоживущий интермедиат (урок 75): у его атома углерода всего шесть валентных электронов, пустая орбиталь и неподелённая пара одновременно. Такой атом — электрофил, и с двойной связью алкена он замыкает трёхчленный цикл — циклопропан.

Как получить и присоединить карбен

  1. Карбен \(\ce{:CR2}\): у атома углерода шесть валентных электронов.
  2. \(\ce{CHCl3}\) + сильное основание (KOH, трет-бутоксид) → \(\ce{CCl3-}\) → −\(\ce{Cl-}\) → \(\ce{:CCl2}\) (α-элиминирование: H и Cl уходят от одного атома).
  3. \(\ce{CH2N2}\) (свет или нагревание) → \(\ce{:CH2 + N2}\).
  4. Синглетный карбен присоединяется к C=C согласованно, с одной стороны — стереоспецифично.
Дихлоркарбен и цис-бут-2-ен → цис-1,1-дихлор-2,3-диметилциклопропан
Дихлоркарбен и цис-бут-2-ен → цис-1,1-дихлор-2,3-диметилциклопропан

Примеры

1. Циклогексен, хлороформ и KOH. Основание отрывает от хлороформа протон, трихлорметил-анион теряет хлорид, и получается дихлоркарбен. Он присоединяется к двойной связи кольца: продукт — 7,7-дихлорбицикло[4.1.0]гептан.

Дихлоркарбен пристраивает к кольцу трёхчленный цикл
Дихлоркарбен пристраивает к кольцу трёхчленный цикл

2. цис-Бут-2-ен и дихлоркарбен. Синглетный карбен присоединяется согласованно, с одной стороны, поэтому метилы остаются цис: продукт — цис-1,1-дихлор-2,3-диметилциклопропан.

Стереоспецифичное присоединение: конфигурация алкена сохраняется
Стереоспецифичное присоединение: конфигурация алкена сохраняется

3. Этилен и диазометан на свету. Диазометан теряет азот и даёт метилен \(\ce{:CH2}\), который с этиленом образует циклопропан.

Самый простой карбен даёт незамещённый циклопропан
Самый простой карбен даёт незамещённый циклопропан

errorα-Элиминирование, а не β

При образовании дихлоркарбена протон и хлорид уходят с одного и того же атома углерода — это α-элиминирование. Не путайте его с E2, где водород и уходящая группа отщепляются от соседних атомов: у хлороформа соседних атомов углерода просто нет.

edit_noteПопробуйте сами

Что даст (E)-бут-2-ен с дихлоркарбеном?

expand_moreПоказать решение

транс-1,1-Дихлор-2,3-диметилциклопропан (рацемат).

Метилен и превращения циклопропанов

Дихлоркарбен из первой части урока селективен: он реагирует только с двойными связями. Самый простой карбен, метилен \(\ce{:CH2}\), наоборот, наименее селективен — он внедряется даже в связи C–H, и из-за этого чистые продукты с ним получить трудно.

Как предсказать продукт карбеновой реакции

  1. Синглетный карбен: согласованно, стереоспецифично.
  2. \(\ce{:CH2}\) из диазометана очень активен: внедряется и в связи C–H — получаются смеси.
  3. Дихлорциклопропаны восстанавливают (натрий в спирте) до циклопропанов.
  4. Для чистого циклопропанирования без внедрения — реакция Симмонса — Смита (урок 128).
\[\ce{CH3CH2CH2CH3 + :CH2 -> CH3(CH2)3CH3 + (CH3)2CHCH2CH3}\]

Примеры

1. Бутан и метилен. Метилен внедряется в связи C–H бутана: по концевым атомам получается пентан, по средним — 2-метилбутан. Получается смесь.

Внедрение в связи C–H даёт смесь изомеров
Внедрение в связи C–H даёт смесь изомеров

2. Восстановление дихлорциклопропана. Атомы хлора снимают натрием в спирте: из 1,1-дихлор-2,2-диметилциклопропана получается 1,1-диметилциклопропан. Так через дихлоркарбен получают циклопропаны без внедрения.

Два хлора заменяются на водороды, цикл сохраняется
Два хлора заменяются на водороды, цикл сохраняется

errorМетилен неселективен

Внедряясь в связи C–H, метилен из диазометана почти не различает первичные, вторичные и третичные атомы: выход каждого продукта определяется просто числом атомов водорода данного типа. Поэтому для получения чистого циклопропана из алкена диазометан не годится — используют реакцию Симмонса — Смита (урок 128).

edit_noteПопробуйте сами

Сколько продуктов внедрения \(\ce{:CH2}\) в связи C–H пропана?

expand_moreПоказать решение

Два: бутан и 2-метилпропан.

push_pinГлавное

Карбен — частица с двухвалентным атомом углерода (шесть валентных электронов). Дихлоркарбен получают из хлороформа и сильного основания (α-элиминирование), метилен — фотолизом диазометана. Синглетный карбен присоединяется к C=C согласованно, с одной стороны: цис-алкен → цис-циклопропан. Метилен неселективен — внедряется и в связи C–H.

Закрепите теорию: 52 задания с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.