C

Cl

2

F

2

C

2

Cl

2

F

4

Chemia organiczna

Jacek Młynarski

Zakład Chemii Organicznej

reakcje substytucji nukleofilowej

Nu

+ R

R +

Nu

R

X



X



X

Nu





mechanizm reakcji substytucji nukleofilowej

R

+

+

X



R

X

+

R

+

Nu

R

Nu



czy

karbokation

stabilny karbokation

mechanizm(

y

) reakcji substytucji nukleofilowej

halogenek pierwszorzędowy

alkohol trzeciorzędowy

etap wolny

determinuje

szybkość

całej reakcji

etap szybki

kinetyka reakcji: szybkość reakcji zależy tylko od stężenia halogenku, nie zależy od stężenia

nukleofila – reakcja pierwszego rzędu

kinetyka reakcji: szybkość reakcji zależy od stężenia halogenku i stężenia nukleofila – reakcja

drugiego rzędu

S

N

1

S

N

2

inne nukleofile

azydek

N-nukleofil

nukleofile siarkowe

tiol (tiofenol)

sulfid

nukleofile siarkowe

tiolooctan

tioloesster

tiol (merkaptan)

reaktywne cząstki organiczne

karbokationy

(przypomnienie)

najwolniejszy etap: tworzenie kationu

wolno, praktycznie nie przebiega

reakcja nie może przebiegać poprzez

utworzenie płaskiego karbokationu

przegrupowanie karbokationu

migracja Me

przegrupowanie

karbokation

trzeciorzędowy

więcej na wykładzie dotyczącym przegrupowań

reakcje eliminacji

reakcja eliminacji

konkurencja reakcji substytucji

izobuten

nukleofil

zasada

nukleofil

reakcja

eliminacji E1

konkurencja reakcji substytucji

zasada atakuje

atom wodoru

etap tworzenia

karbokationu

reakcja eliminacji

E1

(tworzenie karbokationu determinuje szybkość reakcji)

E2

(dwie cząsteczki są zaangażowane w etap determinujący szybkość reakcji)

reakcja eliminacji

E1

(tworzenie karbokationu determinuje szybkość reakcji)

E2

(dwie cząsteczki są zaangażowane w etap determinujący szybkość reakcji)





+

B



X



B

H

+

+

C

H

C

X

C

C

(



H

X

)

reakcja eliminacji

CH

3

CH

2

O

H

2 Na

+

2

CH

3

CH

2

O



2

Na

+

+

H

2

etanolan sodu

H

3

CC

O

H

CH

3

CH

3

2 K

+

H

3

CC

O



CH

3

CH

3

K

+

+

H

2

tert-butanolan potasu

silna zasada

zły nukleofil

CH

3

CH

2

O



C

C

H

Br

CH

3

H

H

H





C

C

H

Br

CH

3

H

H

H





CH

3

CH

2

O





stan przejsciowy

+

+

C

C

H

CH

3

H

H

+

CH

3

CH

2

O

H

+

Br



mechanizm

eliminacji E2

nukleofil atakuje atom wodoru

słaba zasada

dobry nukleofil

eliminacji sprzyjają silnie zasadowe nukleofile

duże nukleofile sprzyjają eliminacji

podwyższona temperatura sprzyja eliminacji

substytucja vs. eliminacja

substytucja vs. eliminacja

mały nukleofil

eliminacji sprzyjają silnie zasadowe nukleofile

duże (rozbudowane przestrzennie) nukleofile sprzyjają eliminacji

podwyższona temperatura sprzyja eliminacji

eliminacja E2 dibromopochodnych

synteza dienów

przekształcenie halogenków w alkeny

1,5-diazobicyklo[3.4.0]nonen-5

1,8-diazobicyklo[5.4.0]undeken-5

delokalizacja stabilizuje sprotonowany jon amidynowy

1,5-diazobicyklo[3.4.0]nonen-5

1,8-diazobicyklo[5.4.0]undeken-5

mechanizm E1

C

H

3

C

CH

3

CH

3

Cl

C

+

H

3

C

CH

3

CH

3

Cl



+

wolno

H

2

O

H

O

H

+

C

H

H

H

C

CH

3

CH

3

 

+

H

O

H

H

+

+

C

C

CH

3

CH

3

H

H

mechanizm E1: katalizatory kwaśne

powstaje trwały karbokation

benzylowy

grupa OH nie jest dobrą

grupą odchodzącą

mechanizm E1 czwartorzędowe sole amoniowe

eliminacja Hofmanna

czwartorzędowa sól

amoniowa

więcej na wykładzie dotyczącym amin

ogrzewanie

trzeciorzędowy

karbokation

reakcje eliminacji: stereoselektywność, regioselektywność

regioizomery

stereoizomery

reakcje E1: regioselektywność

produkt główny

alken bardziej podstawiony (stabilniejszy)

regioselektywność E1/E2

reguła Zajcewa – w eliminacji HX z halogenków alkilowych głównym produktem

reakcji jest alken bardziej rozgałęziony (bardziej trwały)

E1 – prowadzi do bardziej rozgałęzionych alkenów

E2 – prowadzi do bardziej rozgałęzionych alkenów, ale może prowadzić dla mniej

rozgałęzionych alkenów w przypadku zatłoczonych sterycznie zasad

regioselektywność E1/E2

eliminacja H

2

O – reakcja E1

eliminacja HCl – reakcja E2

stereochemia E2

H,X synperiplanarnie

H,X antyperiplanarnie

produkt główny

produkt główny

stereochemia E2

ekwatorialnie położony X

jest antyperiplanarny tylko do

wiązań C-C

eliminacja E2 halogenków winylowych

stereoselektywne

powstawanie

E bromku winylu

eliminacja

synperiplanarna

eliminacja

antyperiplanarna

H

C

C

X

Nu



(a)

(b)

(a)

eliminacja

E2

(b)

substytucja

S

N

2

C

C

C

H

C

Nu

X



+

substytucja vs. eliminacja

CH

3

CH

2

O



Na

+

+ CH

3

CH

2

Br

C

2

H

5

OH

55

o

C

(



NaBr)

CH

3

CH

2

O

CH

2

CH

3

+ H

2

C

CH

2

CH

3

CHCH

3

Br

C

2

H

5





Na

+

+

C

2

H

5

OH

55

o

C

(



NaBr)

CH

3

CHCH

3

O

C

2

H

5

H

2

C

CHCH

3

+

S

N

2 (21%)

E2 (79%)

CH

3

CCH

3

Br

C

2

H

5





Na

+

+

C

2

H

5

OH

25

o

C

(



NaBr)

H

2

C

CHCH

3

+

CH

3

S

N

2 (9%)

E2 (91%)

CH

3

CCH

3

O

CH

3

C

2

H

5

substytucja vs. eliminacja

słaby nukleofil

słaba zasada

nukleofil

mocna zasada

niewielki

nukleofil (RO

-

)

mocna zasada

duży nukleofil

(DBU, t-BuO

-

)