Czasopismo:

Ćwiczenie

Struktura karbokationu w reakcji addycji bromu do trans-2-butenu

Addycja bromu do wiązania podwójnego przebiega w dwóch etapach. Pierwszym etapem jest utworzenie stabilnego karbokationu, który przyłącza następny atom bromu tworząc wicynalną dibromopochodną. W pierwszym etapie cząsteczka Br₂ zbliża się do wiązania podwójnego i następuje polaryzacja wiązania Br-Br. Następnie tworzy się bromokation. Struktura kationu będzie decydowała o produktach reakcji. Poniżej znajdują się możliwe schematy struktur karbokationów.

Strzałkami zaznaczono możliwe miejsca przyłączania drugiego atomu bromu. Dwa możliwe karbokationy, które mogą powstać będą prowadziły do różnych izomerów optycznych.

Na podstawie modelowania metodą B3LYP/6-31G(d,p) określ geometrię możliwego karbokationu. Wiedząc, że wyniku tej reakcji powstaje tylko izomer (R,S) 2,4-dibromobutanu, określ właściwą ścieżkę reakcji chemicznej i odpowiedz na pytania:

1. Dlaczego stabilniejszy jest karbokation cykliczny?

2. Jakie izomery można obserwować podczas addycji bromu do cis-2-butenu?

3. Czy wielkość atomu bromu oraz ilość jego elektronów walencyjnych ma znaczenie w tworzeniu cyklicznego kationu, porównaj swoje spostrzeżenia z innymi karbokationami (np.: CH₃-CH₂-CH⁺-CH₃)

4. Jakiego rodzaju jest to addycja - syn czy anty?

Literatura

1 Roberts and G. E. Kimball, The Halogenation of Ethylenes; J. Am. Soc; 59, 947 (1937)

Ćwiczenie

Molekularny elektrostatyczny potencjał -MEP

1. Porównaj mapy potencjałów elektrostatycznych dla anionów F^-, Cl^- , Br^-, J^-. Dlaczego mapy potencjałów różnią się, jeżeli całkowity ładunek jest taki sam dla wszystkich atomów. Obliczenia przeprowadź w metodzie B3LYP z użyciem bazy funkcyjnej 6-31G(d).
2. Sporządź mapy potencjałów dla cząsteczek OH^-, H₃O⁺, H₃C-CH⁺-CH₃, NH₂^-, NO₂⁺, HSO₃⁺. Określ, do jakiej grupy czynników należą dane cząsteczki. Potwierdź to dodatkowo przykładami mechanizmów reakcji, w których uczestniczą wymienione cząsteczki. Obliczenia ? optymalizacja struktur oraz obliczenia MEP przeprowadź w metodzie B3LYP z użyciem bazy funkcyjnej 6-31G(d).
3. Wykonaj mapy potencjału elektrostatycznego aminokwasów: arginina, lizyna, cysteina, metionina, walina, fenyloalanina, kwas glutaminowy, prolina, bazując na strukturach optymalizowanych metodą B3LYP w bazie funkcyjnej 6-31G(d). Czy na podstawie MEP można określić rodzaj aminokwasu aminokwasów (zasadowy, kwaśny).
4. Wykonaj mapy potencjału elektrostatycznego dla uracylu, tyminy, adeniny, guaniny, cytozyny. Czy na podstawie tych obliczeń można określić komplementarność zasad? Obliczenia przeprowadź w standardowej metodzie B3LYP z użyciem bazy funkcyjnej 6-31G(d).