Frågor om additionsreaktion mellan väteklorid och alken

Karbokatjonerna ser bra ut, och motivationen i b) är textbokssvaret, vet inte om det kräver någon motivering till varför men för 1 p är det kanske lite mer än nödvändigt. 

Strukturen för produkten (1) är dock fel, du saknar ett kol. Till vänster i din ritade struktur är det ett "H" för mycket. Det kanske blev knas när du ritade av denna produkt roterat 180° i relation till de andra strukturerna.

Svaret på c) och a) är kombinerade. På tentan kanske du behöver separera dem (beror på hur petig provrättaren är).

Strukturen för produkten (1) är dock fel, du saknar ett kol. Till vänster i din ritade struktur är det ett "H" för mycket. Det kanske blev knas när du ritade av denna produkt roterat 180° i relation till de andra strukturerna.

Oj, så lustigt det kan bli! Har faktiskt ingen aning om varför produkten roterades. Hade lågt blodsocker så handen gjorde kanske inte det hjärnan ville. Strukturen jag menade var:

Det borde stämma, inte sant?

c) Ser bra ut nu!

d) Ja, Arrhenius ekvation låter som helt rätt spår! Vad kan du säga om förhållandet mellan reaktionshastigheterna? Vad innebär det för förhållandet mellan koncentrationerna av de olika produkterna?

Utifrån Arrhenius ekvation kan vi väl säga:

$\displaystyle r_{\text{tert.}}=A_{\text{tert.}}\exp(-\frac{E_{a,\text{tert.}}}{RT})[\text{2-metylbut-2-en}]$

$\displaystyle r_{\text{sek.}}=A_{\text{sek.}}\exp(-\frac{E_{a,\text{sek.}}}{RT})[\text{2-metylbut-2-en}]$

Jag antar här att det är koncentrationen alken som är hastighetsbestämmande eftersom väteklorid väldigt gärna ger bort sin vätejon och det borde ske nästan "direkt" när karbokatjonen har bildats.

Jag tänkte att man bara skulle kunna dela dessa hastighetsekvationer med varandra för att få en kvot som visar "hur mycket snabbare" den ena reaktionen sker än den andra. Problemet är att vi inte har $A$ för båda reaktionerna. Ska man tänka att det är samma $A$ här i båda reaktionerna eller är jag inne på fel spår?

Bump

naytte skrev:

Jag antar här att det är koncentrationen alken som är hastighetsbestämmande eftersom väteklorid väldigt gärna ger bort sin vätejon och det borde ske nästan "direkt" när karbokatjonen har bildats.

Jag fattar inte vad du menar här. Jag förstår heller inte syftet; kan vi inte bara inkludera syrakoncentrationen? Den kommer att dyka upp i båda hastighetsuttrycken, så den kommer ändå inte påverka förhållandet $r_\mathrm{sek}/r_\mathrm{tert}$.

Problemet är att vi inte har $A$ för båda reaktionerna. Ska man tänka att det är samma $A$ här i båda reaktionerna eller är jag inne på fel spår?

Jag tror vi kan anta att $A_\mathrm{tert}\approx A_\mathrm{sek}$ eftersom kollisionen som ger respektive karbokatjon är extremt likartad, bortsett från aktiveringsenergin. 

Jag fattar inte vad du menar här.

Det jag menade var att det är alkenkoncentrationen som ska stå med i hastighetsuttrycket och inte vätejonskoncentrationen, eftersom det är det första steget (bildningen av karbokatjonen) som är hastighetsbestämmande. Stämmer inte det? Hur tycker du att uttrycken bör se ut?

Jag håller med att bildandet av karbokatjonen är hastighetsbestämmande, men det steget innebär ju en kollision mellan alkenen och syran:

   $\text{Alken} + \text{HCl} \longrightarrow \text{Karbokatjon} + \text{Cl}^-.$

så hastigheten borde vara proportionell mot både [Alken] och [HCl]. Med andra ord, uttrycken borde se ut något i stil med det här:

  $\displaystyle r_{\text{tert}}=A_{\text{tert}}\exp(-\tfrac{E_{a,\text{tert}}}{RT}){[\text{2-metylbut-2-en}][\text{HCl}]},$

  $\displaystyle r_{\text{sek}}=A_{\text{sek}}\exp(-\tfrac{E_{a,\text{sek}}}{RT}){[\text{2-metylbut-2-en}][\text{HCl}]}.$

Jaaa okej, vätekloriden är ju givetvis delaktig i det hastighetsbestämmande steget... 🤦

Men ska man anta då att den process där den tertiära karbokatjonen bildas är den som har lägst aktiveringsenergi? Eftersom den tertiära karbokatjonen är en mer stabil intermediär än den sekundära? (pga. att tre alkylgrupper  bidrar med mer elektrondensitet än två?)

Ja! Det finns en princip inom organisk kemi som kallas för Hammonds postulat, som i det här fallet säger att bildandet av den mest stabila intermediären har det mest stabila övergångstillståndet – dvs. lägst aktiveringsenergi.

Så uppgifttexten ska tolkas som att E_a,sek=104,3 kJ/mol och E_a,tert=87,1 kJ/mol.

Ja okej, om jag då antar att $A_{\text{sek.}} \approx A_{\text{tert.}}$ så får jag rätt svar.

En fråga dock angående stabilitet på intermediären. Är det rätt resonemang att anledningen till att den tertiära karbokatjonen är mer stabil än den sekundära är för att den tertiära kan få mer elektrondensitet donerad än den sekundära?

Exakt! Ju fler alkykgrupper som finns i anslutning till den tomma p-orbitalen, desto mer elektrondensitet kan doneras in till den för att få en stabilare karbokatjonen. Det handlar dels om induktiv effekt, och dels om hyperkonjugering:

https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_(Morsch_et_al.)/07%3A_Alkenes-_Structure_and_Reactivity/7.10%3A_Carbocation_Structure_and_Stability.