Zaitsevovo pravidlo (nebo Saytzeffovo nebo Saytzevovo pravidlo ) je pravidlem pro předpovídání alkenů produkovaných převážně eliminační reakcí . Na univerzitě v Kazani ruský chemik Alexandr Zaitsev studoval různé eliminační reakce a pozoroval obecnou tendenci u získaných alkenů. Z této tendence Zaïtsev odvodil, že: „ alken vytvořený ve větším množství je ten, který odpovídá eliminaci atomu vodíku neseného atomem uhlíku, který má nejméně atomů vodíku. »Například když je 2-jodbutan zpracován hydroxidem draselnýmalkohol (KOH), but-2-en je hlavním produktem a but-1-en je vedlejším produktem.
Obecněji Zaïtsevovo pravidlo předpovídá, že v eliminační reakci bude nejvíce substituovaný produkt nejstabilnější, a proto nejoblíbenější. Pravidlo nezobecňuje o stereochemii nově vytvořeného alkenu, ale pouze o regiochemii eliminační reakce. Ačkoli je efektivní při předpovídání produktu volby pro mnoho eliminačních reakcí, Zaitsevovo pravidlo podléhá mnoha výjimkám.
Alexandr Zaitsev poprvé publikoval svá pozorování o produkcích eliminačních reakcí v Justus Liebigs Annalen der Chemie v roce 1875. Ačkoli dokument obsahuje původní výzkum prováděný Zaitsevovými studenty, hodně z toho bylo o „literární revizi, která se do značné míry opírala o dříve publikované práce. Zaïtsev tam navrhl čistě empirické pravidlo pro predikci preferované regiochemie při dehydrohalogenaci jodových sloučenin, i když se ukáže, že toto pravidlo je použitelné i pro jiné eliminační reakce. Přestože tento dokument Zaitsev byl dobře odkazoval se na skrz 20 th století , to bylo jen v roce 1960, které učebnice začaly používat termín „pravidlo Zajcev.“
Zaïtsev nebyl prvním chemikem, který publikoval pravidlo, které nyní nese jeho jméno. Aleksandr Nikolaevich Popov publikoval pravidlo podobné Zaitsevovu v roce 1872 a své poznatky představil Kazanské univerzitě v roce 1873. Zaitsev již v dřívějších pracích citoval Popovův článek z roku 1872 a pracoval na něm Kazanská univerzita. Pravděpodobně tedy věděl o Popovově návrhu pravidla. Navzdory tomu Zaitsevův dokument Liebigs Annalen 1875 nezmiňuje Popovovu práci.
Jakákoli diskuse o Zaitsevově pravidle by byla neúplná bez zmínky o Vladimírovi Markovnikovi . Zaitsev a Markovnikov oba studovali u Alexandra Butlerova , přibližně ve stejné době učili na kazanské univerzitě a byli hořkými soupeři. Markovnikov, který v roce 1870 publikoval to, co se nyní nazývá Markovnikovovo pravidlo , a Zaitsev mají odlišné názory na eliminační reakce: první věřil, že bude upřednostňován méně substituovaný alken, zatímco druhý věřil, že hlavním produktem bude nejvíce substituovaný alken. Jedním z hlavních důvodů, proč Zaitsev začal vyšetřovat eliminační reakce, mohlo být vyvrácení jeho rivala. Zaitsev zveřejnil své pravidlo pro eliminační reakce těsně poté, co Markovnikov vydal první ze třídílné série v Comptes Rendus, podrobně popisující jeho pravidlo pro přídavné reakce.
Hydrogenace alkenů výroby alkany je exotermní . Množství energie uvolněné během hydrogenační reakce, nazývané hydrogenační teplo, nepřímo souvisí se stabilitou výchozího alkenu: čím stabilnější je alken, tím nižší je jeho hydrogenační teplo. Zkoumání hydrogenačních teplot různých alkenů ukázalo, že stabilita se zvyšuje se stupněm substituce.
Zvýšení stability spojené s dalšími substitucemi je výsledkem několika faktorů. Alkylové skupiny jsou donory elektronů a zvyšují hustotu elektronů na n vazbě alkenu. Alkylové skupiny jsou navíc stéricky velké a jsou nejstabilnější, jsou-li od sebe vzdáleny. V alkanu, je maximální separace je, že v čtyřboké úhlu vazby , 109,5 ° . V alkenu se úhel vazby zvyšuje na přibližně 120 ° . Proto je separace mezi alkylovými skupinami největší u nejvíce substituovaného alkenu.
Hyperconjugaison , který popisuje molekulární okružní mezi interakce stabilizátoru nejvyšší obsazené ( HOMO ) alkylové skupiny a nejnižší volné ( LUMO ) dvojné vazby, také pomáhá vysvětlit vliv alkyl substitucí na stabilitu alkenů. S ohledem na orbitální hybridizaci , vazba mezi sp 2 uhlíkem a sp 3 atomu uhlíku je silnější než vazba mezi dvěma hybridizované sp 3 atomy uhlíku . Výpočty odhalily dominantní stabilizující hyperkonjugační účinek 6 kcal mol -1 na alkylovou skupinu.
Při eliminačních reakcích E2 báze extrahuje beta proton z odstupující skupiny, jako je halogenid. K odstranění protonu a ztrátě odstupující skupiny dochází v jednom společném kroku za vzniku nové dvojné vazby. Při malé non-bráněné báze, jako je hydroxid sodný , v methanolát sodný nebo ethanolát sodný , se používá pro odstranění E2, produkt Zaitsev Obecně je výhodné, aby se méně substituovaný alken, tzv Hofmann produkt . Například zpracování 2-brom-2-methylbutanu s ethanolátem sodným v ethanolu poskytuje produkt Zaitsev se střední selektivitou.
Kvůli stérickým interakcím nemůže objemná báze - jako je terc- butanolát draselný , triethylamin nebo 2,6-dimethylpyridin - snadno odstranit proton, který by vedl k produktu Zaitsev. V těchto situacích se přednostně extrahuje méně stéricky bráněný proton. Výsledkem je, že produkt Hofmann je obecně preferován při použití objemných bází. Když se 2-brom-2-methylbutan zpracuje s terc- butanolátem draselným namísto ethanolátu sodného, dává se přednost produktu Hofmann.
Sterické interakce v substrátu mohou také zabránit tvorbě produktu Zaitsev. Tyto intramolekulární interakce jsou relevantní pro distribuci produktů v Hofmannově eliminační reakci , při které se aminy přeměňují na alkeny. V eliminaci Hofmann, léčba kvartérní amoniové jodidové soli s oxidem stříbrným produkuje hydroxidového iontu, která působí jako báze a odstraňuje terciární amin za vzniku alkenu.
Při Hofmannově eliminaci je obecně výhodnější méně substituovaný alken kvůli intramolekulárním sterickým interakcím. Kvartérní amoniová skupina je velká a interakce s alkylovými skupinami na zbytku molekuly jsou nežádoucí. Výsledkem je, že konformace potřebná pro vytvoření produktu Zaïtsev je z hlediska energie méně příznivá než ta, která je nutná pro vytvoření produktu Hofmann. Díky tomu se produkt Hofmann přednostně formuje. Cope reakce je v zásadě velmi podobné eliminaci Hofmann, ale vyskytuje se v méně náročných podmínkách. Rovněž podporuje tvorbu produktu Hofmann, a to ze stejných důvodů.
V některých případech může stereochemie výchozího materiálu zabránit tvorbě produktu Zaitsev. Například když se menthylchlorid zpracuje ethanolátem sodným , vytvoří se výhradně produkt Hofmann, ale s velmi nízkým výtěžkem:
Tento výsledek je způsoben stereochemií výchozího materiálu. E2 eliminace vyžadují anti periplanar geometrie , ve kterém je proton a odstupující skupina, jsou umístěny na protilehlých stranách CC vazby, ale ve stejné rovině. Když se v konformaci křesla zobrazí menthylchlorid , lze snadno vysvětlit neobvyklou distribuci produktu.
Tvorba produktu Zaitsev vyžaduje odstranění v poloze 2, ale je to isopropylová skupina, - a ne proton - což je anti- periplanar odstupující skupiny chloridu; to znemožňuje eliminaci v poloze 2. Aby se vytvořil produkt Hofmann, musí k eliminaci dojít v poloze 6. Protože proton v této poloze má správnou orientaci vzhledem k odstupující skupině, může dojít k eliminaci a ve skutečnosti k ní dochází. Proto tato konkrétní reakce produkuje pouze produkt Hofmann.