Föreläsning om Nukleofil Substitutionsreaktioner

Översikt

• Fokus på två typer: SN1- och SN2-reaktioner.

SN2-reaktion

• Definition: Andra ordningens nukleofil substitutionsreaktion.
• Hastighetsberoende:
  • Beror på koncentrationen av substrat och nukleofil.
  • Första ordningen med avseende på vardera; andra ordningen totalt.
  • Exempel på hastighet:
    • Fördubbla substrat- eller nukleofilkoncentration fördubblar hastigheten.
    • Trippla substrat/trippla nukleofil: hastigheten ökar med faktor 6.
    • Trippla substrat/fyrdubbla nukleofil: hastigheten ökar med faktor 12.
• Mekanism:
  • Sker i ett steg med samtidig bindningsbrytning och -bildning.
  • Resulterar i inversion av sterokemi.
  • Exempel: 2-brombutan med jodidnukleofil.
• Substratpreferens:
  • Bäst med metyl, sedan primära substrat.
  • Fungerar inte bra med tertiära substrat på grund av sterisk hindring.

SN1-reaktion

• Definition: Första ordningens nukleofil substitutionsreaktion.
• Hastighetsberoende:
  • Beror endast på koncentrationen av substrat.
  • Första steget (bildandet av karbokation) är hastighetsbegränsande.
• Mekanism:
  • Sker i två steg för negativt laddade nukleofiler (t.ex. jodid).
  • Involverar en karbokationsintermediat.
  • Tertiära karbocationer är mer stabila.
  • Med neutral nukleofil involverar det tre steg (solvolysreaktion).
• Stereokemi:
  • Resulterar i racemisk blandning men mer inverterad produkt på grund av mindre repulsion från lämnande grupp.

Mekanismdetaljer

• SN2:
  • Exempel med hydroxid och metylbromid (framgångsrik) vs. tert-butylbromid (misslyckad).
  • Sterisk hindring blockerar reaktionen i tertiära substrat.
• SN1:
  • Exempel med tert-butylbromid och jodid.
  • Bildandet av karbokation, följt av nukleofil attack.

Faktorer som påverkar reaktionen

• SN2 föredrar:
  • Metyl- eller primära substrat.
  • Ohindrade kolatomer.
• SN1 föredrar:
  • Tertiära substrat på grund av stabila karbocationer.
  • Polära protiska lösningsmedel.

Ytterligare exempel och mekanismer

• Ombildningar i SN1:
  • Exempel på karbokationsombildning (hydridskift) för att bilda stabilare karbokation.
  • Användning av metanol för att bilda en eterprodukt.
• Prototiska vs Aprototiska lösningsmedel:
  • SN1 gynnas av protiska lösningsmedel.
  • SN2 gynnas av polära aprotiska lösningsmedel.
• Övning: Reaktion med sekundär alkylhalid, protiskt lösningsmedel, som visar metylskiftombildning.

Slutsats

• Tertiära substrat fungerar bättre för SN1 på grund av karbokationsstabilitet.
• Metyl- och primära substrat gynnas för SN2 på grund av mindre sterisk hindring.

• Ytterligare Resurs: Övningsprov med 75 flervalsfrågor tillgängligt för vidare studier.