IChO 1984 · Theory problem 5
Stereochemistry of the bromination-dehydrobromination of a monodeuterated alkene
One of the diastereotopic methylene protons at the double bond of A was selectively substituted by deuterium. Bromination and subsequent dehydrobromation yields the

deuteriated product B and the non-deuteriated product C.
5.1 Which configuration follows for the monodeuteriated A from the given reaction products?
5.2 The solution of this question requires the formulation of the reaction and a short argumentation why only B and C are formed.
Official English text of the problem.
Answers
- 5.1 Monodeuteriated A is (3Z)-4-deuterio-3-methylbut-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C\[2H]. In the orientation shown, D replaces the lower-right hydrogen: D and the hydroxyethyl group lie on the same side of the double bond. - 5.2 Anti bromination gives a racemic vicinal dibromide. Subsequent anti elimination gives:
- By loss of \(\ce{HBr}\): B, (3Z)-4-bromo-4-deuterio-3-methylbut-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C(\Br)[2H]. - By loss of \(\ce{DBr}\): C, (3E)-4-bromo-3-methylbut-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C/Br.
Solution
5.1 Configuration of monodeuteriated A
The unlabelled starting material is 3-methylbut-3-en-1-ol, OCCC(C)=C. Number its chain from the alcohol end, so the double bond is between \(\ce{C3}\) and \(\ce{C4}\).
The stereochemical sequence established in part 5.2 requires the following arrangement in the labelled starting material:
| Position in the supplied drawing | Substituent |
|---|---|
| Upper left, on \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH3}\) |
| Upper right, on \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH2CH2OH}\) |
| Lower left, on \(\ce{C4}\) | \(\ce{H}\) |
| Lower right, on \(\ce{C4}\) | \(\ce{D}\) |
For the \(E/Z\) assignment:
- At \(\ce{C3}\), \(\ce{CH2CH2OH}\) has higher priority than \(\ce{CH3}\): after the initial carbon tie, the attached-atom lists are \((\ce{C},\ce{H},\ce{H})\) and \((\ce{H},\ce{H},\ce{H})\).
- At \(\ce{C4}\), \(\ce{D}\) has higher priority than \(\ce{H}\), because the heavier isotope takes precedence.
The higher-priority groups are on the same side, so monodeuteriated A has the \(Z\) configuration.
5.2 Reaction sequence and stereochemical explanation
Bromination is anti addition, whereas the subsequent E2 elimination requires the departing bromine and the removed hydrogen isotope to be antiperiplanar.
Bromine, BrBr, adds according to the balanced equation
\[ \ce{HOCH2CH2C(CH3)=CHD + Br2 -> HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D}. \]
Addition from either face gives racemic 3,4-dibromo-4-deuterio-3-methylbutan-1-ol, consisting of:
| Enantiomer | Stereochemical SMILES |
|---|---|
| \((3R,4R)\) | OCC[C@@](C)(Br)[C@H](Br)[2H] |
| \((3S,4S)\) | OCC[C@](C)(Br)[C@@H](Br)[2H] |
The bromine attached to \(\ce{C3}\) is eliminated together with either H or D from \(\ce{C4}\). The following equations explicitly display the eliminated acid for atom balance; under basic conditions, the base captures that acid.
Loss of hydrogen bromide, Br, gives B:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=C(Br)D + HBr}. \]
Loss of deuterium bromide, [2H]Br, gives C:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=CHBr + DBr}. \]
To follow the stereochemistry precisely, use a Newman projection looking from \(\ce{C3}\) toward \(\ce{C4}\). For one enantiomer, an accessible conformation has:
| Carbon | Substituents at clock-face positions |
|---|---|
| Front, \(\ce{C3}\) | Br at 12 o’clock; methyl at 8; hydroxyethyl at 4 |
| Rear, \(\ce{C4}\) | Br at 6 o’clock; H at 10; D at 2 |
These positions describe a conformation; the SMILES above encode configuration, not a particular conformation.
Eliminating H: Rotate the rear group until H is at 6 o’clock, anti to the front bromine. The rear D then lies at 10 o’clock and the rear Br at 2. Elimination therefore gives, in the paper’s orientation, D on the lower left and Br on the lower right: exactly B. Its higher-priority groups, hydroxyethyl and Br, are on the same side, so B is \(Z\).
Eliminating D: Instead, rotate the rear group until D is at 6 o’clock. The rear Br then lies at 10 o’clock and H at 2. Elimination gives Br on the lower left and H on the lower right: exactly C. Hydroxyethyl and Br are on opposite sides, so C is \(E\).
In each elimination, the base removes the antiperiplanar H or D; the corresponding bond electrons form the new \(\ce{C3=C4}\) π bond while the \(\ce{C3-Br}\) bond breaks, releasing bromide ion, [Br-].
For elimination restoring the original double bond, there are two choices—remove H or remove D—and each fixes one product geometry. The mirror-image dibromide gives the same two achiral alkene products. Thus the sequence accounts for B and C. Putting D on the opposite side in the starting alkene would reverse both predicted product geometries, contradicting the supplied drawings.
The solution was checked against the official solution.
IChO 1984 · Theorieaufgabe 5
Stereochemie der Bromierung-Dehydrobromierung eines monodeuterierten Alkens
Eines der diastereotopen Methylenprotonen an der Doppelbindung von A wurde selektiv durch Deuterium ersetzt. Durch Bromierung und anschließende Dehydrobromierung entstehen das

deuterierte Produkt B und das nicht deuterierte Produkt C.
5.1 Welche Konfiguration ergibt sich für das monodeuterierte A aus den angegebenen Reaktionsprodukten?
5.2 Zur Lösung dieser Frage sind die Formulierung der Reaktion und eine kurze Begründung erforderlich, warum nur B und C entstehen.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- 5.1 Monodeuteriertes A ist (3Z)-4-Deuterio-3-methylbut-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C\[2H]. In der dargestellten Orientierung ersetzt D das Wasserstoffatom unten rechts: D und die Hydroxyethylgruppe liegen auf derselben Seite der Doppelbindung. - 5.2 Die anti-Bromierung ergibt ein racemisches vicinales Dibromid. Die anschließende anti-Eliminierung ergibt:
- Durch Abspaltung von \(\ce{HBr}\): B, (3Z)-4-Brom-4-deuterio-3-methylbut-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C(\Br)[2H]. - Durch Abspaltung von \(\ce{DBr}\): C, (3E)-4-Brom-3-methylbut-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C/Br.
Lösung
5.1 Konfiguration des monodeuterierten A
Das unmarkierte Ausgangsmaterial ist 3-Methylbut-3-en-1-ol, OCCC(C)=C. Seine Kette wird vom Ende mit der Alkoholgruppe aus nummeriert, sodass die Doppelbindung zwischen \(\ce{C3}\) und \(\ce{C4}\) liegt.
Die in Teil 5.2 hergeleitete stereochemische Abfolge erfordert die folgende Anordnung im markierten Ausgangsmaterial:
| Position in der vorgegebenen Zeichnung | Substituent |
|---|---|
| Oben links, an \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH3}\) |
| Oben rechts, an \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH2CH2OH}\) |
| Unten links, an \(\ce{C4}\) | \(\ce{H}\) |
| Unten rechts, an \(\ce{C4}\) | \(\ce{D}\) |
Für die \(E/Z\)-Zuordnung gilt:
- An \(\ce{C3}\) hat \(\ce{CH2CH2OH}\) eine höhere Priorität als \(\ce{CH3}\): Nachdem die unmittelbar gebundenen Kohlenstoffatome gleichrangig sind, lauten die Listen der daran gebundenen Atome \((\ce{C},\ce{H},\ce{H})\) und \((\ce{H},\ce{H},\ce{H})\).
- An \(\ce{C4}\) hat \(\ce{D}\) eine höhere Priorität als \(\ce{H}\), da das schwerere Isotop Vorrang hat.
Die Gruppen höherer Priorität liegen auf derselben Seite, daher besitzt monodeuteriertes A die \(Z\)-Konfiguration.
5.2 Reaktionsfolge und stereochemische Erklärung
Die Bromierung ist eine anti-Addition, während bei der anschließenden E2-Eliminierung das abgehende Bromatom und das abgespaltene Wasserstoffisotop antiperiplanar angeordnet sein müssen.
Brom, BrBr, addiert sich gemäß der ausgeglichenen Gleichung
\[ \ce{HOCH2CH2C(CH3)=CHD + Br2 -> HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D}. \]
Die Addition von beiden Seiten ergibt racemisches 3,4-Dibrom-4-deuterio-3-methylbutan-1-ol, bestehend aus:
| Enantiomer | Stereochemischer SMILES |
|---|---|
| \((3R,4R)\) | OCC[C@@](C)(Br)[C@H](Br)[2H] |
| \((3S,4S)\) | OCC[C@](C)(Br)[C@@H](Br)[2H] |
Das an \(\ce{C3}\) gebundene Bromatom wird zusammen mit entweder H oder D von \(\ce{C4}\) eliminiert. Die folgenden Gleichungen zeigen die abgespaltene Säure ausdrücklich, um die Atombilanz darzustellen; unter basischen Bedingungen wird diese Säure von der Base abgefangen.
Die Abspaltung von Bromwasserstoff, Br, ergibt B:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=C(Br)D + HBr}. \]
Die Abspaltung von Deuteriumbromid, [2H]Br, ergibt C:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=CHBr + DBr}. \]
Um die Stereochemie genau nachzuvollziehen, verwendet man eine Newman-Projektion mit Blickrichtung von \(\ce{C3}\) nach \(\ce{C4}\). Für eines der Enantiomere weist eine zugängliche Konformation folgende Anordnung auf:
| Kohlenstoffatom | Substituenten an den Positionen eines Zifferblatts |
|---|---|
| Vorne, \(\ce{C3}\) | Br auf 12 Uhr; Methyl auf 8 Uhr; Hydroxyethyl auf 4 Uhr |
| Hinten, \(\ce{C4}\) | Br auf 6 Uhr; H auf 10 Uhr; D auf 2 Uhr |
Diese Positionen beschreiben eine Konformation; die obigen SMILES codieren die Konfiguration, keine bestimmte Konformation.
Eliminierung von H: Die hintere Gruppe wird so gedreht, dass H auf 6 Uhr steht, anti zum vorderen Bromatom. Das hintere D liegt dann auf 10 Uhr und das hintere Br auf 2 Uhr. Die Eliminierung ergibt somit in der Orientierung der Aufgabenabbildung D unten links und Br unten rechts: genau B. Seine Gruppen höherer Priorität, Hydroxyethyl und Br, liegen auf derselben Seite, daher ist B \(Z\).
Eliminierung von D: Stattdessen wird die hintere Gruppe so gedreht, dass D auf 6 Uhr steht. Das hintere Br liegt dann auf 10 Uhr und H auf 2 Uhr. Die Eliminierung ergibt Br unten links und H unten rechts: genau C. Hydroxyethyl und Br liegen auf gegenüberliegenden Seiten, daher ist C \(E\).
Bei jeder Eliminierung spaltet die Base das antiperiplanare H oder D ab; die entsprechenden Bindungselektronen bilden die neue \(\ce{C3=C4}\)-π-Bindung, während die \(\ce{C3-Br}\)-Bindung gespalten wird und ein Bromidion, [Br-], freigesetzt wird.
Für die Eliminierung unter Wiederherstellung der ursprünglichen Doppelbindung gibt es zwei Möglichkeiten – Abspaltung von H oder Abspaltung von D –, und jede legt eine bestimmte Produktgeometrie fest. Das spiegelbildliche Dibromid ergibt dieselben beiden achiralen Alkenprodukte. Somit erklärt die Reaktionsfolge die Bildung von B und C. Würde D im Ausgangsalken auf der gegenüberliegenden Seite stehen, würden sich beide vorhergesagten Produktgeometrien umkehren, was den vorgegebenen Zeichnungen widerspräche.
Die Lösung wurde mit der offiziellen Lösung abgeglichen.
IChO 1984 · Teori sorusu 5
Monodöteryumlu bir alkenin bromlanma-dehidrobromlanma tepkimelerinin stereokimyası
A'nın çift bağındaki diastereotopik metilen protonlarından biri seçici olarak döteryumla değiştirilmiştir. Bromlanma ve ardından gerçekleşen dehidrobromlanma sonucunda

döteryumlu ürün B ve döteryumsuz ürün C oluşur.
5.1 Verilen tepkime ürünlerinden monodöteryumlu A için hangi konfigürasyon çıkarılır?
5.2 Bu sorunun çözümü, tepkimenin formüllerle gösterilmesini ve neden yalnızca B ve C'nin oluştuğunun kısaca gerekçelendirilmesini gerektirir.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- 5.1 Monodöteryumlu A, (3Z)-4-döteriyo-3-metilbüt-3-en-1-ol bileşiğidir,
OCC/C(C)=C\[2H]. Gösterilen yönelimde D, sağ alttaki hidrojenin yerini alır: D ve hidroksietil grubu çift bağın aynı tarafında bulunur. - 5.2 Anti bromlanma, rasemik bir visinal dibromür verir. Ardından gerçekleşen anti eliminasyon şu ürünleri verir:
- \(\ce{HBr}\) ayrılmasıyla: B, (3Z)-4-bromo-4-döteriyo-3-metilbüt-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C(\Br)[2H]. - \(\ce{DBr}\) ayrılmasıyla: C, (3E)-4-bromo-3-metilbüt-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C/Br.
Çözüm
5.1 Monodöteryumlu A'nın konfigürasyonu
İşaretlenmemiş başlangıç maddesi 3-metilbüt-3-en-1-ol bileşiğidir, OCCC(C)=C. Zincirini alkol ucundan başlayarak numaralandırın; böylece çift bağ \(\ce{C3}\) ile \(\ce{C4}\) arasında yer alır.
5.2 kısmında ortaya konan stereokimyasal tepkime dizisi, işaretlenmiş başlangıç maddesinde aşağıdaki düzenlenişi gerektirir:
| Verilen çizimdeki konum | Sübstitüent |
|---|---|
| Sol üst, \(\ce{C3}\) üzerinde | \(\ce{CH3}\) |
| Sağ üst, \(\ce{C3}\) üzerinde | \(\ce{CH2CH2OH}\) |
| Sol alt, \(\ce{C4}\) üzerinde | \(\ce{H}\) |
| Sağ alt, \(\ce{C4}\) üzerinde | \(\ce{D}\) |
\(E/Z\) ataması için:
- \(\ce{C3}\) üzerinde, \(\ce{CH2CH2OH}\) grubu \(\ce{CH3}\) grubundan daha yüksek önceliğe sahiptir: ilk karbon atomlarındaki eşitlikten sonra, bağlı atom listeleri \((\ce{C},\ce{H},\ce{H})\) ve \((\ce{H},\ce{H},\ce{H})\) şeklindedir.
- \(\ce{C4}\) üzerinde, \(\ce{D}\), \(\ce{H}\)'den daha yüksek önceliğe sahiptir; çünkü daha ağır izotopa öncelik verilir.
Daha yüksek öncelikli gruplar aynı tarafta olduğundan monodöteryumlu A, \(Z\) konfigürasyonuna sahiptir.
5.2 Tepkime dizisi ve stereokimyasal açıklama
Bromlanma bir anti katılma tepkimesidir; ardından gerçekleşen E2 eliminasyonu ise ayrılan brom ile uzaklaştırılan hidrojen izotopunun antiperiplanar olmasını gerektirir.
Brom, BrBr, aşağıdaki denkleştirilmiş denkleme göre katılır:
\[ \ce{HOCH2CH2C(CH3)=CHD + Br2 -> HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D}. \]
Her iki yüzden katılma, aşağıdaki enantiyomerlerden oluşan rasemik 3,4-dibromo-4-döteriyo-3-metilbütan-1-ol verir:
| Enantiyomer | Stereokimyasal SMILES |
|---|---|
| \((3R,4R)\) | OCC[C@@](C)(Br)[C@H](Br)[2H] |
| \((3S,4S)\) | OCC[C@](C)(Br)[C@@H](Br)[2H] |
\(\ce{C3}\)'e bağlı brom, \(\ce{C4}\)'teki H veya D ile birlikte ayrılır. Aşağıdaki denklemlerde atom denkliğini göstermek için ayrılan asit açıkça yazılmıştır; bazik koşullarda baz bu asidi tutar.
Hidrojen bromür, Br, ayrılması B'yi verir:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=C(Br)D + HBr}. \]
Döteryum bromür, [2H]Br, ayrılması C'yi verir:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=CHBr + DBr}. \]
Stereokimyayı tam olarak izlemek için \(\ce{C3}\)'ten \(\ce{C4}\)'e doğru bakılan bir Newman izdüşümü kullanın. Enantiyomerlerden birinin erişilebilir bir konformasyonunda şu düzenleniş bulunur:
| Karbon | Saat kadranındaki konumlarına göre sübstitüentler |
|---|---|
| Ön, \(\ce{C3}\) | Br saat 12 konumunda; metil 8'de; hidroksietil 4'te |
| Arka, \(\ce{C4}\) | Br saat 6 konumunda; H 10'da; D 2'de |
Bu konumlar bir konformasyonu tanımlar; yukarıdaki SMILES gösterimleri belirli bir konformasyonu değil, konfigürasyonu kodlar.
H'nin uzaklaştırılması: Arkadaki grubu, H saat 6 konumuna, öndeki broma göre anti konuma gelene kadar döndürün. Bu durumda arkadaki D saat 10 konumunda, arkadaki Br ise 2'de bulunur. Dolayısıyla eliminasyon, kağıttaki yönelime göre D'nin sol altta, Br'nin sağ altta bulunduğu ürünü verir: tam olarak B. Daha yüksek öncelikli grupları olan hidroksietil ve Br aynı tarafta olduğundan B, \(Z\) konfigürasyonundadır.
D'nin uzaklaştırılması: Bu kez arkadaki grubu, D saat 6 konumuna gelene kadar döndürün. Bu durumda arkadaki Br saat 10 konumunda, H ise 2'de bulunur. Eliminasyon, Br'nin sol altta, H'nin sağ altta bulunduğu ürünü verir: tam olarak C. Hidroksietil ve Br karşı taraflarda olduğundan C, \(E\) konfigürasyonundadır.
Her eliminasyonda baz, antiperiplanar H veya D'yi uzaklaştırır; ilgili bağın elektronları yeni \(\ce{C3=C4}\) π bağını oluştururken \(\ce{C3-Br}\) bağı kopar ve bromür iyonu, [Br-], açığa çıkar.
Başlangıçtaki çift bağı yeniden oluşturan eliminasyon için iki seçenek vardır: H'nin veya D'nin uzaklaştırılması; her biri tek bir ürün geometrisini belirler. Ayna görüntüsü olan dibromür de aynı iki akiral alken ürününü verir. Böylece bu tepkime dizisi B ve C'nin oluşumunu açıklar. Başlangıç alkeninde D'nin karşı tarafa yerleştirilmesi, öngörülen her iki ürünün geometrisini de tersine çevirir ve verilen çizimlerle çelişir.
Çözüm, resmi çözümle karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 1984 · Problema teórico 5
Estereoquímica de la bromación-deshidrobromación de un alqueno monodeuterado
Uno de los protones metilénicos diastereotópicos del doble enlace de A se sustituyó selectivamente por deuterio. La bromación y la posterior deshidrobromación dan lugar al

producto deuterado B y al producto no deuterado C.
5.1 ¿Qué configuración se deduce para el compuesto monodeuterado A a partir de los productos de reacción indicados?
5.2 La resolución de esta cuestión requiere formular la reacción y argumentar brevemente por qué solo se forman B y C.
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- 5.1 El compuesto monodeuterado A es (3Z)-4-deuterio-3-metilbut-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C\[2H]. En la orientación mostrada, D sustituye al hidrógeno de la parte inferior derecha: D y el grupo hidroxietilo se encuentran en el mismo lado del doble enlace. - 5.2 La bromación anti da un dibromuro vecinal racémico. La posterior eliminación anti da:
- Por pérdida de \(\ce{HBr}\): B, (3Z)-4-bromo-4-deuterio-3-metilbut-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C(\Br)[2H]. - Por pérdida de \(\ce{DBr}\): C, (3E)-4-bromo-3-metilbut-3-en-1-ol,
OCC/C(C)=C/Br.
Solución
5.1 Configuración del compuesto monodeuterado A
El material de partida no marcado es 3-metilbut-3-en-1-ol, OCCC(C)=C. Se numera su cadena desde el extremo del grupo alcohol, de modo que el doble enlace queda entre \(\ce{C3}\) y \(\ce{C4}\).
La secuencia estereoquímica establecida en el apartado 5.2 requiere la siguiente disposición en el material de partida marcado:
| Posición en el dibujo proporcionado | Sustituyente |
|---|---|
| Arriba a la izquierda, en \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH3}\) |
| Arriba a la derecha, en \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH2CH2OH}\) |
| Abajo a la izquierda, en \(\ce{C4}\) | \(\ce{H}\) |
| Abajo a la derecha, en \(\ce{C4}\) | \(\ce{D}\) |
Para la asignación \(E/Z\):
- En \(\ce{C3}\), \(\ce{CH2CH2OH}\) tiene mayor prioridad que \(\ce{CH3}\): tras el empate inicial entre los átomos de carbono, las listas de átomos unidos a ellos son \((\ce{C},\ce{H},\ce{H})\) y \((\ce{H},\ce{H},\ce{H})\).
- En \(\ce{C4}\), \(\ce{D}\) tiene mayor prioridad que \(\ce{H}\), porque el isótopo más pesado tiene precedencia.
Los grupos de mayor prioridad están en el mismo lado, por lo que el compuesto monodeuterado A tiene la configuración \(Z\).
5.2 Secuencia de reacción y explicación estereoquímica
La bromación es una adición anti, mientras que la posterior eliminación E2 requiere que el bromo saliente y el isótopo de hidrógeno que se elimina sean antiperiplanares.
El bromo, BrBr, se adiciona según la ecuación ajustada
\[ \ce{HOCH2CH2C(CH3)=CHD + Br2 -> HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D}. \]
La adición por cualquiera de las dos caras da 3,4-dibromo-4-deuterio-3-metilbutan-1-ol racémico, constituido por:
| Enantiómero | SMILES estereoquímico |
|---|---|
| \((3R,4R)\) | OCC[C@@](C)(Br)[C@H](Br)[2H] |
| \((3S,4S)\) | OCC[C@](C)(Br)[C@@H](Br)[2H] |
El bromo unido a \(\ce{C3}\) se elimina junto con H o D de \(\ce{C4}\). Las siguientes ecuaciones muestran explícitamente el ácido eliminado para mantener el balance de átomos; en condiciones básicas, la base capta ese ácido.
La pérdida de bromuro de hidrógeno, Br, da B:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=C(Br)D + HBr}. \]
La pérdida de bromuro de deuterio, [2H]Br, da C:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=CHBr + DBr}. \]
Para seguir la estereoquímica con precisión, se utiliza una proyección de Newman mirando desde \(\ce{C3}\) hacia \(\ce{C4}\). Para uno de los enantiómeros, una conformación accesible presenta:
| Carbono | Sustituyentes en posiciones de la esfera de un reloj |
|---|---|
| Delantero, \(\ce{C3}\) | Br a las 12; metilo a las 8; hidroxietilo a las 4 |
| Trasero, \(\ce{C4}\) | Br a las 6; H a las 10; D a las 2 |
Estas posiciones describen una conformación; los SMILES anteriores codifican la configuración, no una conformación concreta.
Eliminación de H: Se gira el grupo trasero hasta que H quede a las 6, en posición anti respecto al bromo delantero. El D trasero queda entonces a las 10 y el Br trasero a las 2. Por tanto, la eliminación da, en la orientación del dibujo, D abajo a la izquierda y Br abajo a la derecha: exactamente B. Sus grupos de mayor prioridad, hidroxietilo y Br, están en el mismo lado, por lo que B es \(Z\).
Eliminación de D: En este caso, se gira el grupo trasero hasta que D quede a las 6. El Br trasero queda entonces a las 10 y H a las 2. La eliminación da Br abajo a la izquierda y H abajo a la derecha: exactamente C. El hidroxietilo y el Br están en lados opuestos, por lo que C es \(E\).
En cada eliminación, la base extrae el H o D antiperiplanar; los electrones del enlace correspondiente forman el nuevo enlace π \(\ce{C3=C4}\) mientras se rompe el enlace \(\ce{C3-Br}\), liberando el ion bromuro, [Br-].
Para la eliminación que restablece el doble enlace original, hay dos posibilidades —eliminar H o eliminar D— y cada una determina una geometría del producto. El dibromuro que es su imagen especular da los mismos dos productos alquénicos aquirales. Así, la secuencia explica la formación de B y C. Situar D en el lado opuesto en el alqueno de partida invertiría las geometrías previstas de ambos productos, lo que contradiría los dibujos proporcionados.
La solución se comprobó con la solución oficial.
IChO 1984 · 理论题 5
单氘代烯烃溴化–脱溴化氢反应的立体化学
A 中双键上亚甲基的两个非对映异位氢之一被选择性地用氘取代。经溴化及随后的脱溴化氢反应,得到

氘代产物 B 和非氘代产物 C。
5.1 根据给定的反应产物,可推断单氘代 A 具有何种构型?
5.2 解答此题需要写出反应,并简要论证为什么只生成 B 和 C。
题目译自官方英文原文。
答案
- 5.1 单氘代 A 为 (3Z)-4-氘代-3-甲基丁-3-烯-1-醇,
OCC/C(C)=C\[2H]。在图示取向中,D 取代右下方的氢:D 与羟乙基位于双键的同侧。 - 5.2 反式溴化加成生成外消旋的邻二溴化物。随后发生反式消除,得到:
- 脱去 \(\ce{HBr}\):B,(3Z)-4-溴-4-氘代-3-甲基丁-3-烯-1-醇,
OCC/C(C)=C(\Br)[2H]。 - 脱去 \(\ce{DBr}\):C,(3E)-4-溴-3-甲基丁-3-烯-1-醇,
OCC/C(C)=C/Br。
解答
5.1 单氘代 A 的构型
未标记的起始物为 3-甲基丁-3-烯-1-醇,OCCC(C)=C。从醇羟基所在的一端对碳链编号,则双键位于 \(\ce{C3}\) 与 \(\ce{C4}\) 之间。
第 5.2 部分所确立的立体化学反应过程要求标记后的起始物具有如下排列:
| 在所给图中的位置 | 取代基 |
|---|---|
| 左上方,位于 \(\ce{C3}\) 上 | \(\ce{CH3}\) |
| 右上方,位于 \(\ce{C3}\) 上 | \(\ce{CH2CH2OH}\) |
| 左下方,位于 \(\ce{C4}\) 上 | \(\ce{H}\) |
| 右下方,位于 \(\ce{C4}\) 上 | \(\ce{D}\) |
判定 \(E/Z\) 构型时:
- 在 \(\ce{C3}\) 上,\(\ce{CH2CH2OH}\) 的优先次序高于 \(\ce{CH3}\):首先比较的原子均为碳,无法区分,继而比较与这些碳原子相连的原子,其列表分别为 \((\ce{C},\ce{H},\ce{H})\) 和 \((\ce{H},\ce{H},\ce{H})\)。
- 在 \(\ce{C4}\) 上,\(\ce{D}\) 的优先次序高于 \(\ce{H}\),因为质量较大的同位素优先。
优先次序较高的两个基团位于同侧,因此单氘代 A 具有 \(Z\) 构型。
5.2 反应过程及立体化学解释
溴化是反式加成,而随后的 E2 消除要求离去的溴与被脱去的氢同位素处于反式共平面排列。
溴,BrBr,按照下列配平的方程式发生加成:
\[ \ce{HOCH2CH2C(CH3)=CHD + Br2 -> HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D}. \]
从任一面发生加成,得到外消旋的 3,4-二溴-4-氘代-3-甲基丁-1-醇,由以下两种对映异构体组成:
| 对映异构体 | 立体化学 SMILES |
|---|---|
| \((3R,4R)\) | OCC[C@@](C)(Br)[C@H](Br)[2H] |
| \((3S,4S)\) | OCC[C@](C)(Br)[C@@H](Br)[2H] |
连接在 \(\ce{C3}\) 上的溴与 \(\ce{C4}\) 上的 H 或 D 一同被消除。为体现原子守恒,下列方程式明确写出了消除生成的酸;在碱性条件下,该酸被碱捕获。
脱去溴化氢,Br,得到 B:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=C(Br)D + HBr}. \]
脱去溴化氘,[2H]Br,得到 C:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=CHBr + DBr}. \]
为准确追踪立体化学变化,采用从 \(\ce{C3}\) 朝 \(\ce{C4}\) 方向观察的纽曼投影式。对于其中一种对映异构体,一个可采取的构象如下:
| 碳原子 | 取代基在钟面上的位置 |
|---|---|
| 前方,\(\ce{C3}\) | Br 在 12 点钟方向;甲基在 8 点钟方向;羟乙基在 4 点钟方向 |
| 后方,\(\ce{C4}\) | Br 在 6 点钟方向;H 在 10 点钟方向;D 在 2 点钟方向 |
这些位置描述的是一个构象;上面的 SMILES 编码的是构型,而非某一特定构象。
消除 H: 旋转后方基团,直至 H 位于 6 点钟方向,与前方的溴呈反式排列。此时,后方的 D 位于 10 点钟方向,后方的 Br 位于 2 点钟方向。因此,消除反应得到的产物按题图的取向表示时,D 在左下方,Br 在右下方:恰好就是 B。其优先次序较高的基团,即羟乙基与 Br,位于同侧,因此 B 为 \(Z\) 构型。
消除 D: 改为旋转后方基团,直至 D 位于 6 点钟方向。此时,后方的 Br 位于 10 点钟方向,H 位于 2 点钟方向。消除反应得到的产物中,Br 在左下方,H 在右下方:恰好就是 C。羟乙基与 Br 位于相反两侧,因此 C 为 \(E\) 构型。
在每次消除反应中,碱夺取处于反式共平面位置的 H 或 D;相应化学键的电子形成新的 \(\ce{C3=C4}\) π 键,同时 \(\ce{C3-Br}\) 键断裂,释放出溴离子,[Br-]。
对于恢复原有双键的消除反应,有两种选择——脱去 H 或脱去 D——每一种选择都唯一确定一种产物的几何构型。互为镜像的另一种二溴化物也生成相同的两种非手性烯烃产物。因此,这一反应过程解释了 B 和 C 的生成。若将起始烯烃中的 D 放在相反的一侧,则预测的两种产物的几何构型都会反转,与所给图示矛盾。
解答已与官方解答核对。
IChO 1984 · Теоретическая задача 5
Стереохимия бромирования и дегидробромирования монодейтерированного алкена
Один из диастереотопных протонов метиленовой группы при двойной связи в A был избирательно замещён дейтерием. Бромирование и последующее дегидробромирование приводят к образованию

дейтерированного продукта B и недейтерированного продукта C.
5.1 Какую конфигурацию монодейтерированного A можно установить по приведённым продуктам реакции?
5.2 Для решения этого вопроса необходимо записать реакцию и кратко обосновать, почему образуются только B и C.
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- 5.1 Монодейтерированное A — это (3Z)-4-дейтерио-3-метилбут-3-ен-1-ол,
OCC/C(C)=C\[2H]. В показанной ориентации D замещает атом водорода справа внизу: D и гидроксиэтильная группа находятся по одну сторону двойной связи. - 5.2 Анти-присоединение брома даёт рацемический вицинальный дибромид. Последующее анти-элиминирование даёт:
- При отщеплении \(\ce{HBr}\): B, (3Z)-4-бром-4-дейтерио-3-метилбут-3-ен-1-ол,
OCC/C(C)=C(\Br)[2H]. - При отщеплении \(\ce{DBr}\): C, (3E)-4-бром-3-метилбут-3-ен-1-ол,
OCC/C(C)=C/Br.
Решение
5.1 Конфигурация монодейтерированного A
Немеченое исходное вещество — 3-метилбут-3-ен-1-ол, OCCC(C)=C. Пронумеруем его цепь со стороны спиртовой группы; тогда двойная связь находится между \(\ce{C3}\) и \(\ce{C4}\).
Стереохимическая последовательность, установленная в части 5.2, требует следующего расположения заместителей в меченом исходном веществе:
| Положение на приведённом рисунке | Заместитель |
|---|---|
| Слева вверху, при \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH3}\) |
| Справа вверху, при \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH2CH2OH}\) |
| Слева внизу, при \(\ce{C4}\) | \(\ce{H}\) |
| Справа внизу, при \(\ce{C4}\) | \(\ce{D}\) |
Для определения \(E/Z\)-конфигурации:
- При \(\ce{C3}\) группа \(\ce{CH2CH2OH}\) имеет более высокий приоритет, чем \(\ce{CH3}\): поскольку первые атомы в обеих группах — атомы углерода, сравниваем списки связанных с ними атомов: \((\ce{C},\ce{H},\ce{H})\) и \((\ce{H},\ce{H},\ce{H})\).
- При \(\ce{C4}\) атом \(\ce{D}\) имеет более высокий приоритет, чем \(\ce{H}\), поскольку более тяжёлый изотоп имеет преимущество.
Группы с более высоким приоритетом находятся по одну сторону, поэтому монодейтерированное A имеет \(Z\)-конфигурацию.
5.2 Последовательность реакций и стереохимическое объяснение
Бромирование представляет собой анти-присоединение, тогда как последующее элиминирование по механизму E2 требует, чтобы уходящий атом брома и отщепляемый изотоп водорода находились в антиперипланарном расположении.
Бром, BrBr, присоединяется согласно уравнению с расставленными коэффициентами
\[ \ce{HOCH2CH2C(CH3)=CHD + Br2 -> HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D}. \]
Присоединение с обеих сторон плоскости двойной связи даёт рацемический 3,4-дибром-4-дейтерио-3-метилбутан-1-ол, состоящий из:
| Энантиомер | Стереохимическая запись SMILES |
|---|---|
| \((3R,4R)\) | OCC[C@@](C)(Br)[C@H](Br)[2H] |
| \((3S,4S)\) | OCC[C@](C)(Br)[C@@H](Br)[2H] |
Атом брома, связанный с \(\ce{C3}\), отщепляется вместе с H или D от \(\ce{C4}\). В следующих уравнениях отщепляемая кислота показана явно для соблюдения баланса атомов; в основных условиях эта кислота связывается основанием.
Отщепление бромоводорода, Br, даёт B:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=C(Br)D + HBr}. \]
Отщепление бромодейтерия, [2H]Br, даёт C:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=CHBr + DBr}. \]
Чтобы точно проследить стереохимию, воспользуемся проекцией Ньюмена при взгляде от \(\ce{C3}\) к \(\ce{C4}\). Для одного из энантиомеров в одной из доступных конформаций заместители расположены следующим образом:
| Атом углерода | Положения заместителей по часовому циферблату |
|---|---|
| Передний, \(\ce{C3}\) | Br на 12 часах; метил на 8; гидроксиэтил на 4 |
| Задний, \(\ce{C4}\) | Br на 6 часах; H на 10; D на 2 |
Эти положения описывают конформацию; приведённые выше записи SMILES задают конфигурацию, а не определённую конформацию.
Отщепление H: Повернём заднюю группу так, чтобы H оказался на 6 часах, в анти-положении относительно переднего атома брома. Тогда задний D окажется на 10 часах, а задний Br — на 2. Поэтому элиминирование даёт, в ориентации рисунка в условии, D слева внизу и Br справа внизу: именно B. Его группы с более высоким приоритетом, гидроксиэтил и Br, находятся по одну сторону, поэтому B имеет \(Z\)-конфигурацию.
Отщепление D: Вместо этого повернём заднюю группу так, чтобы D оказался на 6 часах. Тогда задний Br окажется на 10 часах, а H — на 2. Элиминирование даёт Br слева внизу и H справа внизу: именно C. Гидроксиэтил и Br находятся по разные стороны, поэтому C имеет \(E\)-конфигурацию.
При каждом элиминировании основание отщепляет антиперипланарный H или D; электроны соответствующей связи образуют новую π-связь \(\ce{C3=C4}\), одновременно связь \(\ce{C3-Br}\) разрывается с высвобождением бромид-иона, [Br-].
При элиминировании, восстанавливающем исходную двойную связь, возможны два варианта — отщепление H или отщепление D, — и каждый из них однозначно определяет геометрию продукта. Зеркальный энантиомер дибромида даёт те же два ахиральных алкеновых продукта. Таким образом, эта последовательность объясняет образование B и C. Если бы D находился по другую сторону в исходном алкене, предсказываемая геометрия обоих продуктов была бы противоположной, что противоречит приведённым рисункам.
Решение проверено по официальному решению.
IChO 1984 · مسألة نظرية 5
الكيمياء الفراغية لبرومة ألكين أحادي الاستبدال بالديوتيريوم ونزع بروميد الهيدروجين منه
استُبدل أحد بروتوني الميثيلين الدياستيريوموضعيين عند الرابطة المزدوجة في A انتقائيًا بالديوتيريوم. وتؤدي البرومة ثم نزع بروميد الهيدروجين إلى تكوّن

الناتج المحتوي على الديوتيريوم B والناتج غير المحتوي على الديوتيريوم C.
5.1 ما التشكيل الفراغي الذي يُستنتج للمركب A أحادي الاستبدال بالديوتيريوم من نواتج التفاعل المعطاة؟
5.2 يتطلب حل هذا السؤال كتابة التفاعل وتقديم تعليل موجز لسبب تكوّن B وC فقط.
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- 5.1 المركب A أحادي الاستبدال بالديوتيريوم هو (3Z)-4-ديوتيريو-3-ميثيل بوت-3-ين-1-ول،
OCC/C(C)=C\[2H]. في الاتجاه الموضّح، تحل D محل الهيدروجين في أسفل اليمين: تقع D ومجموعة الهيدروكسي إيثيل على الجانب نفسه من الرابطة المزدوجة. - 5.2 تعطي البرومة بإضافة متضادة ثنائي بروميد متجاورًا راسيميًا. ويعطي الحذف المتضاد اللاحق:
- بفقدان \(\ce{HBr}\): B، (3Z)-4-برومو-4-ديوتيريو-3-ميثيل بوت-3-ين-1-ول،
OCC/C(C)=C(\Br)[2H]. - بفقدان \(\ce{DBr}\): C، (3E)-4-برومو-3-ميثيل بوت-3-ين-1-ول،
OCC/C(C)=C/Br.
الحل
5.1 التشكيل الفراغي للمركب A أحادي الاستبدال بالديوتيريوم
المادة الابتدائية غير الموسومة هي 3-ميثيل بوت-3-ين-1-ول، OCCC(C)=C. رقِّم سلسلتها بدءًا من طرف الكحول، بحيث تكون الرابطة المزدوجة بين \(\ce{C3}\) و\(\ce{C4}\).
يتطلب التسلسل الكيميائي الفراغي المثبت في الجزء 5.2 الترتيب الآتي في المادة الابتدائية الموسومة:
| الموضع في الرسم المعطى | المستبدَل |
|---|---|
| أعلى اليسار، على \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH3}\) |
| أعلى اليمين، على \(\ce{C3}\) | \(\ce{CH2CH2OH}\) |
| أسفل اليسار، على \(\ce{C4}\) | \(\ce{H}\) |
| أسفل اليمين، على \(\ce{C4}\) | \(\ce{D}\) |
لتعيين \(E/Z\):
- عند \(\ce{C3}\)، تكون أولوية \(\ce{CH2CH2OH}\) أعلى من أولوية \(\ce{CH3}\): بعد التعادل الأولي بين ذرتي الكربون، تكون قائمتا الذرات المرتبطة بهما هما \((\ce{C},\ce{H},\ce{H})\) و\((\ce{H},\ce{H},\ce{H})\).
- عند \(\ce{C4}\)، تكون أولوية \(\ce{D}\) أعلى من أولوية \(\ce{H}\)، لأن النظير الأثقل تكون له الأسبقية.
تقع المجموعتان الأعلى أولوية على الجانب نفسه، ولذلك يكون للمركب A أحادي الاستبدال بالديوتيريوم التشكيل الفراغي \(Z\).
5.2 تسلسل التفاعل والتفسير الكيميائي الفراغي
البرومة إضافة متضادة، في حين يتطلب الحذف اللاحق بآلية E2 أن يكون البروم المغادر ونظير الهيدروجين المنزوع في وضع متضاد مستوٍ.
يُضاف البروم، BrBr، وفق المعادلة الموزونة
\[ \ce{HOCH2CH2C(CH3)=CHD + Br2 -> HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D}. \]
تعطي الإضافة من أيٍّ من الوجهين 3،4-ثنائي برومو-4-ديوتيريو-3-ميثيل بوتان-1-ول راسيميًا، يتألف من:
| المتماكب المرآتي | صيغة SMILES الكيميائية الفراغية |
|---|---|
| \((3R,4R)\) | OCC[C@@](C)(Br)[C@H](Br)[2H] |
| \((3S,4S)\) | OCC[C@](C)(Br)[C@@H](Br)[2H] |
يُحذف البروم المرتبط بـ\(\ce{C3}\) مع H أو D من \(\ce{C4}\). تُظهر المعادلات الآتية الحمض المنزوع صراحةً لتحقيق توازن الذرات؛ وفي الوسط القاعدي، تلتقط القاعدة ذلك الحمض.
يعطي فقدان بروميد الهيدروجين، Br، المركب B:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=C(Br)D + HBr}. \]
يعطي فقدان بروميد الديوتيريوم، [2H]Br، المركب C:
\[ \ce{HOCH2CH2C(Br)(CH3)CH(Br)D -> HOCH2CH2C(CH3)=CHBr + DBr}. \]
لتتبّع الكيمياء الفراغية بدقة، استخدم إسقاط نيومان بالنظر من \(\ce{C3}\) نحو \(\ce{C4}\). لأحد المتماكبين المرآتيين، يتصف أحد الأوضاع التوافقية الممكنة بما يأتي:
| الكربون | المستبدَلات في مواضع أرقام قرص الساعة |
|---|---|
| الأمامي، \(\ce{C3}\) | Br عند الساعة 12؛ الميثيل عند 8؛ الهيدروكسي إيثيل عند 4 |
| الخلفي، \(\ce{C4}\) | Br عند الساعة 6؛ H عند 10؛ D عند 2 |
تصف هذه المواضع وضعًا توافقيًا؛ أما صيغ SMILES أعلاه فترمّز التشكيل الفراغي، لا وضعًا توافقيًا بعينه.
حذف H: أدر المجموعة الخلفية حتى تصبح H عند الساعة 6، في وضع متضاد مع البروم الأمامي. عندئذ تقع D الخلفية عند الساعة 10 وBr الخلفية عند 2. ولذلك يعطي الحذف، وفق الاتجاه المرسوم على الورقة، D في أسفل اليسار وBr في أسفل اليمين: أي B تمامًا. وتقع مجموعتاه الأعلى أولوية، الهيدروكسي إيثيل وBr، على الجانب نفسه، لذا فإن B ذو تشكيل \(Z\).
حذف D: بدلًا من ذلك، أدر المجموعة الخلفية حتى تصبح D عند الساعة 6. عندئذ تقع Br الخلفية عند الساعة 10 وH عند 2. ويعطي الحذف Br في أسفل اليسار وH في أسفل اليمين: أي C تمامًا. وتقع الهيدروكسي إيثيل وBr على جانبين متقابلين، لذا فإن C ذو تشكيل \(E\).
في كل عملية حذف، تنزع القاعدة H أو D الموجودة في الوضع المتضاد المستوي؛ وتُشكِّل إلكترونات الرابطة المقابلة الرابطة π الجديدة في \(\ce{C3=C4}\)، بينما تنكسر رابطة \(\ce{C3-Br}\)، مطلقةً أيون البروميد، [Br-].
في الحذف الذي يعيد تكوين الرابطة المزدوجة الأصلية، يوجد خياران — نزع H أو نزع D — ويحدّد كلٌّ منهما هندسة فراغية واحدة للناتج. ويعطي ثنائي البروميد ذو الصورة المرآتية ناتجي الألكين غير الكيراليين نفسيهما. وهكذا يفسّر هذا التسلسل تكوّن B وC. ولو وُضعت D على الجانب المقابل في الألكين الابتدائي، لانعكست الهندستان الفراغيتان المتوقعتان للناتجين، بما يناقض الرسوم المعطاة.
تمت مراجعة الحل بمقارنته بالحل الرسمي.