Transcript Wykład 5

CHEMIA ORGANICZNA

WYKŁAD

5

Reakcje halogenków alkilowych

R = alkil X = F, Cl, Br, I

Reakcje halogenków alkilowych

Reakcje halogenków alkilowych

Substytucja nukleofilowa S N

Substytucja - podstawienie

Nukleofilowa

łac. nucleus - jądro gr. philéõ - lubię

Substytucja nukleofilowa Reagent nukleofilowy – związek posiadający wolną parę elektronową, zdolną do utworzenia wiązania

Substytucja nukleofilowa

Kinetyka reakcji SZYBKOŚĆ REAKCJI

=

CZĘSTOTLIWOŚĆ ZDARZEŃ

CZYNNIK ENERGETYCZNY

WSPÓŁCZYNNIK PRAWDOPODOBIEŃSTWA

Powiązany ze stężeniami reagentów Powiązany z E akt.

Substytucja nukleofilowa

SZYBKOŚĆ REAKCJI = CZĘSTOTLIWOŚĆ ZDARZEŃ

CZYNNIK ENERGETYCZNY

WSPÓŁCZYNNIK PRAWDOPODOBIEŃSTWA 2

SZYBKOŚĆ REAKCJI = k

2

[CH 3 Br]

[OH ] 2

SZYBKOŚĆ REAKCJI = k

[CH 3 Br]

2

[OH ] ½

SZYBKOŚĆ REAKCJI = k

½

[CH 3 Br]

[OH ]

Substytucja nukleofilowa

SZYBKOŚĆ REAKCJI =

k

[RX]

[Nu ]

S N 2

Substytucja nukleofilowa dwucząsteczkowa

dwucząsteczkowa

drugorzędowa

Substytucja nukleofilowa

S N 2 - mechanizm

Substytucja nukleofilowa

S N 2 - mechanizm Atak od tyłu Stan przejściowy

Substytucja nukleofilowa

S N 2 mechanizm, inwersja konfiguracji (R)-(-)-2-bromooktan (S)-(+)-2-oktanol

Substytucja nukleofilowa

S N 2 mechanizm, inwersja konfiguracji

Jeżeli konfiguracja produktu reakcji jest przeciwna do konfiguracji substratu to mówimy, że reakcji zachodzi z

INWERSJĄ KONFIGURACJI

Zjawisko to nazywa się również

INWERSJĄ WALDENA

w przypadku takich reakcji zmiana symbolu z R na S (lub odwrotnie) nie zawsze świadczy o inwersji konfiguracji

Substytucja nukleofilowa

S N 2 – mechanizm, przyczółkowy atom węgla

Substytucja nukleofilowa

S N 2 – wpływ struktury substratu na reaktywność

Różnice w szybkości reakcji dla reakcji zachodzących wg mechanizmu S

N

2 zależą od czynników sterycznych 150 1 0,01 0,001

Substytucja nukleofilowa

SZYBKOŚĆ REAKCJI =

k

[RX]

[Nu ]

S N 1

Substytucja nukleofilowa jednocząsteczkowa

Substytucja nukleofilowa

S N 1 - karbokationy

Powoli Szybko

PRODUKT PRZEJŚCIOWY

Substytucja nukleofilowa

S N 1 - powstawanie karbokationu

Reakcje typu S N 1 zachodzą w polarnych rozpuszczalnikach

Substytucja nukleofilowa

Karbokationy KARBOKATION

grupa atomów zawierająca

atom węgla z sześcioma elektronami

Niezapełniony orbital W czasie tworzenia się karbokationu następuje zmiana geometrii cząsteczki z tetraedrycznej (charakterystycznej dla hybrydyzacji sp 3 ) na trygonalną (występującą w hybrydyzacji sp 2 )

Substytucja nukleofilowa

Karbokationy

Atomy węgla mają hybrydyzację sp 3 Geometria powstających karbokationów, atomy z ładunkiem dodatnim mają hybrydyzację sp 2 Reakcje typu S N 1 nie zachodzą lub zachodzą bardzo wolno na przyczółkowych atomach węgla.

Substytucja nukleofilowa

Trwałość karbokationów Czynniki wewnętrzne

stabilizacja rozproszenie ładunku

Czynniki zewnętrzne

destabilizacja zwiększenie ładunku

Substytucja nukleofilowa

Trwałość karbokationów

Grupy alkilowe stabilizują karbokationy Szereg trwałości karbokationów

metylowy < 1° < 2° < 3°

Substytucja nukleofilowa

Trwałość karbokationów Hiperkoniugacja

Substytucja nukleofilowa

Trwałość karbokationów EFEKT REZONANSOWY – kation allilowy i benzylowy Kation allilowy

Substytucja nukleofilowa

Trwałość karbokationów EFEKT REZONANSOWY – kation allilowy i benzylowy Kation benzylowy

Substytucja nukleofilowa

Trwałość karbokationów Kation allilowy i benzylowy

Substytucja nukleofilowa

Trwałość karbokationów - przegrupowanie 1° Przesunięcie 1,2 Whitmora 2° 1° 3°

Substytucja nukleofilowa

Trwałość karbokationów - przegrupowanie 2° 2° 3° 3°

Substytucja nukleofilowa

S N 1 – reakcja z przegrupowaniem 1° 3°

Substytucja nukleofilowa

S N 1 – stereochemia reakcji

S Optycznie czysty S R Dwa enancjomery Retencja konfiguracji Inwersja konfiguracji

Substytucja nukleofilowa

S N 1 – stereochemia reakcji

S Retencja konfiguracji S R Inwersja konfiguracji

Substytucja nukleofilowa

S N 1 - otrzymywanie halogenków alkilowych z alkoholi Reakcja katalizowana przez kwas W reakcji S N 1 reagują alkohole 2° i 3°

Substytucja nukleofilowa

S N 1 - otrzymywanie halogenków alkilowych z alkoholi

Substytucja nukleofilowa

S N 1 - otrzymywanie halogenków alkilowych z alkoholi

Produkt przegrupowania karbokationu

ZADANIE DOMOWE

Narysuj mechanizm reakcji 3-metylo-2-butanolu z kwasem solnym.

Poszukaj analogii do reakcji powstawania eteru etylowo-tert-pentylowego

Substytucja nukleofilowa

S N 2 - otrzymywanie halogenków alkilowych z alkoholi Reakcja katalizowana przez kwas Metanol i alkohole 1° reagują z halogenowodorami w reakcji S N 2

Substytucja nukleofilowa

S N 1 / S N 2 S N 1 Szereg reaktywności 3° > 2 ° > 1° > CH 3 X Reakcji sprzyja polarny rozpuszczalnik W reakcji mogą brać udział „słabe” nukleofile Reakcja zachodzi z częściową racemizacją S N 2 Szereg reaktywności CH 3 X > 1° > 2 ° > 3° Reakcje mogą być prowadzone w rozpuszczalnikach o niskiej polarności W reakcji biorą udział „silne” nukleofile Reakcja zachodzi z inwersją konfiguracji Reakcji sprzyja duże stężenie reagenta nuklofilowego