W tym artykule przyjrzymy się bliżej mechanizmowi reakcji podstawienia nukleofilowego, tj. SN2 używając odpowiednich przykładów sn2 i dlaczego istnieje potrzeba analizy tego mechanizmu.
Szczegółowo zbadamy mechanizm za pomocą SNPrzykłady 2, czynniki wpływające na mechanizm, takie jak siła nukleofila, szkielet węglowy, grupa opuszczająca, rozpuszczalnik itp. Stereochemia zaangażowana w reakcję, czynniki determinujące szybkość i zdrowe sposoby prowadzenia reakcji w celu osiągnięcia pożądanego rezultatu.
Przede wszystkim, dlaczego musimy wiedzieć, za jakim mechanizmem nastąpi reakcja? Dzieje się tak po prostu dlatego, że pomaga przewidzieć rodzaj warunków, które są wymagane, aby substancja zareagowała w celu uzyskania dobrej wydajności produktów. Więc będziemy mieć bliższe podejście, używając SN2 przykładów.
Uwaga: Szybkość reakcji zależy od stężenia zarówno nukleofila, jak i substratu.
ImionaN2 oznacza podstawienie nukleofilowe – reakcja drugiego rzędu. W tym mechanizmie reakcji nukleofil atakuje substrat, a grupa opuszczająca liście i dzieje się to jednocześnie. Reakcja zachodzi tylko w jednym etapie.
W powyższym reakcja z S.N2 przykład OH działa jak atak nukleofilowy i jednocześnie chlor, który jest dobrą grupą opuszczającą, odchodzi, OH przychodzi i przyłącza się w tym momencie.
Czynniki wpływające na SN2 mechanizm:
Nukleofil: Odgrywa bardzo ważną rolę w mechanizmie, ponieważ decyduje o szybkości reakcji i im silniejszy nukleofil tym szybciej będzie reakcja. Gatunki naładowane ujemnie są bardziej nukleofilowe w porównaniu z cząsteczkami obojętnymi. OH jest preferowany w porównaniu z innymi nukleofilami, ponieważ jest anionem, a zatem jest bardzo reaktywny.
Szkielet węglowy: Zawsze preferuje węgiel pierwszorzędowy od węgla trzeciorzędowego, ponieważ jeśli węgiel jest bardziej podstawiony (trzeciorzędowy) niż z powodu przeszkody przestrzennej, nukleofilowi trudno jest zaatakować substrat.
Uwaga: Grupa metylowa i pierwszorzędowa grupa alkilowa zawsze reagują przez SN2 mechanizm i nigdy przez SN1 mechanizm, ponieważ nie może tworzyć karbokacji.
Opuszczenie grupy: Jeśli grupa opuszczająca jest dobra, reakcja będzie przebiegać szybciej, co spowoduje wzrost szybkości reakcji. Zwykle słabe zasady są dobrymi grupami opuszczającymi, które zawierają jony halogenków I-, Cl- i Br- również H2O. Ważnymi czynnikami dla grup opuszczających, takich jak halogenek, jest siła wiązania C-halogenek i stabilność jonu halogenku.
Źródło: Chemia organiczna Drugie wydanie autorstwa Jonathana Claydena, Nicka Greevesa i Stuarta Warrena.
Stereochemia : Gdy grupa opuszczająca jest przyłączona do chiralnego węgla, następuje odwrócenie konfiguracji substratu. Dzieje się tak, ponieważ nukleofil atakuje dokładnie naprzeciwko grupy opuszczającej.
Stan przejściowy informuje nas o rodzaju struktur, które reagują niezawodnie i stereochemii reakcji.
Wpływ rozpuszczalnika : Przeprowadza się ją głównie w polarnym rozpuszczalniku aprotonowym, ponieważ rozpuszczalnik polarny pomaga w dysocjacji wiązania CX, gdzie X oznacza grupę opuszczającą, a rozpuszczalniki aprotonowe solwatują grupę opuszczającą, przyspieszając w ten sposób reakcję.
Inne czynniki wpływające na mechanizm reakcji za pomocą przykłady sn2 :
Gdy występują sąsiednie układy C=C lub C=O π, zwiększają one szybkość mechanizmu reakcji. Rozważ SN2 przykłady bromku allilu, który reaguje z alkoholanami i tworzy etery. Obserwuje się, że w SNZwiązki bromku allilu o mechanizmie 2 reagują szybko, ponieważ sąsiadujący z podwójnym wiązaniem układ π stabilizuje stan przejścia przez koniugację.
Orbital p obecny w centrum reakcji tworzy dwa częściowe wiązania mające tylko dwa elektrony (niedobór elektronów), więc dodatkowa gęstość elektronów może być zebrana z sąsiedniego układu π, co stabilizuje stan przejścia, a tym samym zwiększa szybkość reakcji.
SN2 Przykład: bromek i alkoholany benzylu reagują dając etery benzylowe
Źródło: Chemia organiczna Drugie wydanie autorstwa Jonathana Claydena, Nicka Greevesa i Stuarta Warrena.
W powyższej reakcji SN2 przykłady, amina reaguje, tworząc aminoketon, który odgrywa istotną rolę w synteza narkotyków.
Przeważnie alkohole nie są dobrą grupą opuszczającą, więc aby rozwiązać ten problem:
• Możemy protonować grupę OH mocnym kwasem. To przekształca alkohol w odpowiedni jon oksoniowy, który może zostać utracony jako woda.
• Wiemy, że sulfoniany są dobrymi grupami opuszczającymi, więc możemy użyć grupy Tosyl, takiej jak chlorek Tosylu lub chlorek Mesylu, zastępując H grupą Tosyl, uzyskując w ten sposób sulfonian alkilu.
Przeczytaj więcej o: Przykłady monomerów
Reakcja z nukleofilem azotowym:
Aminy są świetnymi nukleofilami, ale reakcja amoniaku i halogenków alkilowych nie zawsze tworzy pojedyncze produkty. Dzieje się tak, ponieważ produkt powstały w wyniku podstawienia jest prawie tak samo nukleofilowy jak materiał wyjściowy, a zatem konkuruje z halogenkiem alkilu w reakcji.
Źródło obrazu: Chemia organiczna Drugie wydanie autorstwa Jonathana Claydena, Nicka Greevesa i Stuarta Warrena.
To alkilowanie ciągłe prowadzi do powstania drugorzędowego, trzeciorzędowego i kończy się dopiero w momencie utworzenia nienukleofilowego jonu tetraalkiloamoniowego. Te dodatkowe grupy alkilowe przesuwają gęstość elektronów na N, w wyniku czego produkt jest bardziej reaktywny niż poprzedni.
Problem ten można rozwiązać, zastępując amoniak jonem azydkowym. Jest to gatunek trójatomowy, który jest nukleofilowy na obu końcach. Jest to smukły pręt składający się z elektronów, który jest w stanie wstawić się we wszelkiego rodzaju miejsca elektrofilowe. Jest dostępny w postaci rozpuszczalnej w wodzie soli sodowej NaN3.
Azydek reaguje tylko raz z halogenkami alkilu, ponieważ powstały produkt, tj. halogenek alkilu nie jest już w stanie nukleofilowym.
Przeczytaj więcej o:WĘGLOWODANY
Przyjrzyjmy się bliżej potencjalnemu profilowi energii SN2 reakcja.
Kiedy przechodzimy od lewej do prawej w układzie okresowym, nukleofilowość maleje, a następnie wzrasta elektroujemność od lewej do prawej. Stąd wysoka elektroujemność jest niekorzystna, ponieważ mocno trzymane elektrony są stosunkowo mniej dostępne do oddania do podłoża w SN2 reakcja. Dlatego mówi się, że OH jest bardziej nukleofilowy niż F- i NH3 jest bardziej nukleofilowy niż H2O.
Źródło: mechanizm chemii organicznej Ahluwalia
Uwaga: Twardsze nukleofile zwiększają szybkość reakcji w porównaniu z miękkimi nukleofilami.
Profil energii potencjalnej SNMechanizm 2 powyżej pokazuje, że istnieje tylko jeden stan przejściowy i nie ma tworzenia się związku pośredniego między reagentem a produktem, ponieważ jest to reakcja jednoetapowa. Energia reagentów jest nieco wyższa niż produktów, ponieważ reakcje są reakcją egzotermiczną.
Energia stanu przejściowego jest znacznie większa, ponieważ obejmuje pięć skoordynowanych atomów węgla składających się z dwóch wiązań cząstkowych. Wzgórze znajdujące się w najwyższej części odpowiada stanowi przejściowemu reakcji Sn2. Energia swobodna aktywacji odpowiada różnicy energii swobodnej pomiędzy reagentami i stanem przejściowym.
Zmiana energii swobodnej dla reakcji odpowiada różnicy energii swobodnej między substratami a produktami. Reakcja będzie przebiegać szybciej, gdy ma niską energię swobodną aktywacji w porównaniu z tą, która ma wyższą energię swobodną aktywacji.
Twarde nukleofile obejmują- H-, CH3-
Umiarkowany nukleofil – RO- , R-NH-
miękki nukleofil – Cl-,
Często Zadawane Pytania-
1. Dlaczego mechanizm reakcji Sn2 nie jest korzystny lub wolniejszy w polarnych rozpuszczalnikach protonowych?
Odp. Dzieje się tak, ponieważ nukleofile są solwatowane przez polarne rozpuszczalniki protonowe, które hamują ich zdolność do udziału w mechanizmie Sn2.
2. W reakcji, w której CH3 jest nukleofilem, który z poniższych będzie przebiegał szybciej a) CH3-Br b) CH3-I?
Odp. Reakcja będzie szybsza z CH3-I, ponieważ I- jest dobrą grupą opuszczającą, a także jest bardziej stabilna w porównaniu z Br-, ponieważ ma mniejszą gęstość ładunku.
3. Dlaczego reakcje Sn2 preferują węgiel pierwotny?
Odp. Dzieje się tak, ponieważ jeśli węgiel jest bardziej podstawiony niż z powodu zawady przestrzennej, nukleofilowi trudno jest zaatakować substrat.
Przeczytaj także:
- Przykłady puryn
- Przykłady nukleotydów
- Refrakcja przykładów dźwiękowych
- Przykłady stopów
- Przykłady reakcji egzotermicznych
- Przykłady siły sprężyny
- Przykłady sił elektrostatycznych
- Przykłady reakcji metatezy
- Przykłady monomerów funkcyjnych
- Przykłady ruchomych kół pasowych
To jest Sania Jakati z Goa. Jestem początkującym chemikiem, kończącym studia podyplomowe z chemii organicznej. Wierzę, że edukacja jest kluczowym elementem, który kształtuje człowieka na wspaniałego człowieka zarówno psychicznie, jak i fizycznie. Cieszę się, że jestem członkiem błyskotliwej gałęzi chemii i postaram się wnieść z mojej strony wszystko, co w mojej mocy, a Lambdageeks to najlepsza platforma, na której mogę dzielić się wiedzą, a jednocześnie zdobywać ją.