Przykłady SN2: Szczegółowe wglądy i fakty

W tym artykule przyjrzymy się bliżej mechanizmowi reakcji podstawienia nukleofilowego, tj. S_N2 używając odpowiednich przykładów sn2 i dlaczego istnieje potrzeba analizy tego mechanizmu.

Szczegółowo zbadamy mechanizm za pomocą S_NPrzykłady 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 S_N2 przykładów.

Uwaga: Szybkość reakcji zależy od stężenia zarówno nukleofila, jak i substratu.

Imiona_N2 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 S_N2 mechanizm:

• Siła nukleofilowa

• Szkielet węglowy

• Opuszczenie grupy

• Rozpuszczalnik

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 S_N2 mechanizm i nigdy przez S_N1 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.

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 S_N2 przykłady bromku allilu, który reaguje z alkoholanami i tworzy etery. Obserwuje się, że w S_NZwiązki 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.

S_N2 Przykład: bromek i alkoholany benzylu reagują dając etery benzylowe

W powyższej reakcji S_N2 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.

Ta ciągła alkilacja prowadzi do powstania drugorzędowego, trzeciorzędowego i zatrzymuje się dopiero po tworzeniu nienukleofilowego jonu tetra-alkiloamoniowego. Te dodatkowe grupy alkilowe przesuwają gęstość elektronową na N, dzięki czemu 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 S_N2 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 S_N2 reakcja. Dlatego mówi się, że OH jest bardziej nukleofilowy niż F- i NH₃ jest bardziej nukleofilowy niż H₂O.

Uwaga: Twardsze nukleofile zwiększają szybkość reakcji w porównaniu z miękkimi nukleofilami.

Profil energii potencjalnej S_NMechanizm 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 wyższa, ponieważ dotyczy pięciu koordynacyjnych atomów węgla, składających się z dwóch wiązań częściowych. Wzgórze znajdujące się w najwyższej części odpowiada stanowi przejściowemu reakcji Sn2. Swobodna energia aktywacji odpowiada różnicy energii swobodnej między reagentami a 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 poniżej przebiega 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.