SN2

RJC
Substytucja nukleofilowa SN2
‹#›
R
Nu
R
1
δ
Y
2
R
R1
3
Nu
R1
δ
Y
R
2
R3
Nu
R
R3
2
Y
Slides 1 to 28
RJC
‹#›
Substytucja nukleofilowa
Nukleofil (Nu) zastępuje grupę opuszczającą (Y)
w cząsteczce substratu.
Nu + CH3Y
NuCH3 + Y
RJC
‹#›
SN1 versus SN2
Istnieją dwa mechanizmy słuŜące wyjaśnieniu
przebiegu tych dwóch róŜnych reakcji;
SN1
SN2
SUBSTYTUCJA
NUKLEOFILOWA
Nucleophilic
Substitution
1go rzędu
2go rzędu
RJC
‹#›
SN1 : Szybkość reakcji
ZaleŜy tylko od stęŜenia substratu, poniewaŜ
określa on stan przejściowy określający szybkość
reakcji.
Nu + CH3Y
substrat
NuCH3 + Y
RJC
‹#›
SN2 : Szybkość reakcji
Zarówno nukleofil jak i substrat są włączone w
stan przejściowy, który określa szybkość reakcji.
Nu + CH3Y
Substrat &
nukleofil
NuCH3 + Y
RJC
‹#›
Mechanizm SN2
Reakcja przebiega w jednym etapie.
Nu.... CH3.... Y
Energia
Nu + CH3Y
Przebieg reakcji
NuCH3 + Y
RJC
SN2 : Mechanizm & Stereochemia
‹#›
R
Nu
R
1
δ
Y
2
R
R1
3
Nu
R1
δ
Y
R
2
R3
inwersja
Nu
R
R3
2
Y
RJC
‹#›
SN2 : Profil energetyczny reakcji
Szybkość reakcji jest określona przez ∆G
Nu.... CH3.... Y
Energia
∆G
‡
Nu + CH3Y
Postęp reakcji
NuCH3 + Y
‡
RJC
‹#›
Czynniki określające ∆G
Substrat
Nukleofil
Grupa opuszczająca
Rozpuszczalnik
‡
RJC
‹#›
Struktura substratu
Sterycznie zatłoczony substrat jest mniej podatny
na atak nukleofila.
CH3Br
CH3CH2Br
(CH3)2CHBr
(CH3)3CCH2Br
(CH3)3CBr
Zmniejszająca się reaktywność SN2
RJC
Na przykład ... bromometan
‹#›
Reakcja SN2 zachodzi bardzo szybko.
90°
H
H
Br
H
RJC
Na przykład ... bromoetan
‹#›
Reakcja SN2 zachodzi szybko.
90°
CH3
H
Br
H
RJC
Na przykład ... 22-bromopropan
‹#›
Reakcja SN2 zachodzi.
90°
CH3
H
CH3
Br
RJC
Na przykład ...2,2...2,2-dimetylodimetylo-1bromopropan
‹#›
Reakcja SN2 zachodzi bardzo wolno.
90°
CH3
C
H
CH3
CH3
Br
H
RJC
‹#›
Na przykład ... 22-bromobromo-2-metylopropan
Reakcja SN2 wcale nie zachodzi.
90°
CH3
CH3
CH3
Br
RJC
‹#›
Względne szybkości reakcji
bromometan
bromoetan
2-bromopropan
3,000,000
100,000
25,000
2,2-dimetylo-1-bromopropan
1
2-bromo-2-metylpropan
0
RJC
Nukleofil
‹#›
Istnieją nukleofile o zróŜnicowanej aktywności.
I
HO
anion jodkowy
anion
hydroksylowy
Malejąca nukleofilowość
NH3
amoniak
RJC
Nukleofilowość
‹#›
W przybliŜeniu, szereg nukleofilowości pokrywa
się z szeregiem zasadowości.
I ••
••
•
•
••
anion jodkowy
HO
••
••
•
•
anion hydroksylowy
Malejąca zasadowość
••
NH3
amoniak
RJC
Popularne nukleofile
‹#›
Nu
Wz. reaktyw.
Nu
Wz. reak.
HS -
125
HO -
16
CN -
125
Cl -
1.0
I-
100
NH3
0.7
CH3O -
25
H2O
0.001
RJC
‹#›
Grupa opuszczająca
Grupa Y jest dobrą grupą odchodzącą, jeŜeli
jednocześnie jest słabym nukleofilem (słabą
zasadą ?).
Nu + CH3Y
NuCH3 + Y
RJC
NajwaŜniejsze grupy odchodzące
‹#›
Y
Wz. Reak.
Y
Wz. Reak.
TsO -
60
F-
0.001
I-
30
HO -
0
Br -
10
H2N -
0
Cl -
0.2
RO -
0
RJC
‹#›
Anion tosylanowy jest dobrą grupą odchodzącą
Stabilizacja rezonansowa poprawia zdolność grupy
odchodzącej.
Nu - + ROTs
NuR + TsO -
RJC
‹#›
Wpływ rozpuszczalnika
Nukleofile są to cząsteczki ‘wzbogacone’ w
elektrony i dlatego polarne rozpuszczalniki są
potrzebne jako właściwe środowisko dla reakcji
SN2.
“...Podobne rozpuszcza podobne...”
“Polarne rozpuszczają polarne ...”
“Nie-polarne rozpuszczają nie-polarne...”
RJC
‹#›
Solwatacja
Rozpuszczalniki hydroksylowe solwatują
cząsteczkę nukleofila (Nu) i dlatego zmniejszają
jej reaktywność.
••
•
•
• Nu
•
•
•
•
- • •• •
••
RJC
Polarne rozpuszczalniki aprotyczne
‹#›
Najlepszymi rozpuszczalnikami dla reakcji SN2 są
polarne rozpuszczalniki aprotyczne;
Acetonitryl .... CH3CN
DMSO .......... (CH3)2SO
HMPA ....... [(CH3)2N]3PO
RJC
‹#›
Na przykład ...
W HMPTA (czas reakcji 1 h)
W CH3OH (czas reakcji 22.8 lat!)
NaN3 + CH3CH3CH3CH2Br
NaBr + CH3CH3CH3CH2N3
RJC
‹#›
Podsumowanie
Substytucja nukleofilowa SN2
Inwersja konfiguracji
Diagram energetyczny reakcji SN2
Nukleofile, grupa opuszczająca, zawada
steryczna
Nukleofil i nukleofilowość
Anion tosylanowy
Rozpuszczalnik i solwatacja
Polarne rozpuszczalniki aprotyczne