‹#›

RJC

Substytucja nukleofilowa S

Substytucja nukleofilowa S

N

N

2

2

Substytucja nukleofilowa S

Substytucja nukleofilowa S

N

N

2

2

Slides 1 to 28

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

δ

δ

‹#›

RJC

Substytucja nukleofilowa

Substytucja nukleofilowa

Nukleofil (Nu) zastępuje grupę opuszczającą (Y)

Nukleofil (Nu) zastępuje grupę opuszczającą (Y)

w cząsteczce substratu.

w cząsteczce substratu.

Nu

+ CH

3

Y

Nu

CH

3

+

Y

‹#›

RJC

S

S

N

N

1 versus S

1 versus S

N

N

2

2

Istnieją dwa mechanizmy służące wyjaśnieniu

Istnieją dwa mechanizmy służące wyjaśnieniu

przebiegu tych dwóch różnych reakcji;

przebiegu tych dwóch różnych reakcji;

S

N

1

S

N

2

S

N

1

S

N

2

SUBSTYTUCJA

NUKLEOFILOWA

1

go

rzędu

Nucleophilic

Substitution

2

go

rzędu

‹#›

RJC

Zależy tylko od stężenia substratu, ponieważ

Zależy tylko od stężenia substratu, ponieważ

określa on stan przejściowy określający szybkość

określa on stan przejściowy określający szybkość

reakcji.

reakcji.

S

S

N

N

1 : Szybkość reakcji

1 : Szybkość reakcji

substrat

Nu

+ CH

3

Y

Nu

CH

3

+

Y

‹#›

RJC

S

S

N

N

2 : Szybkość reakcji

2 : Szybkość reakcji

Zarówno nukleofil jak i substrat są włączone w

Zarówno nukleofil jak i substrat są włączone w

stan przejściowy, który określa szybkość reakcji.

stan przejściowy, który określa szybkość reakcji.

Substrat &

nukleofil

Nu

+ CH

3

Y

Nu

CH

3

+

Y

‹#›

RJC

Mechanizm S

Mechanizm S

N

N

2

2

Reakcja przebiega w jednym etapie.

Reakcja przebiega w jednym etapie.

Nu

....

CH

3

....

Y

Nu + CH

3

Y

NuCH

3

+ Y

Energia

Przebieg reakcji

‹#›

RJC

S

S

N

N

2 : Mechanizm & Stereochemia

2 : Mechanizm & Stereochemia

R

1

1

inwersja

inwersja

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

δ

δ

‹#›

RJC

S

S

N

N

2 : Profil energetyczny reakcji

2 : Profil energetyczny reakcji

Szybkość reakcji jest określona przez

Szybkość reakcji jest określona przez

∆∆

G

G

‡

‡

Nu

....

CH

3

....

Y

Nu + CH

3

Y

NuCH

3

+ Y

Energia

Postęp reakcji

∆

G

‡

‹#›

RJC

Czynniki określające

Czynniki określające

∆∆∆∆∆∆∆∆

G

G

‡

‡

Substrat

Nukleofil

Nukleofil

Grupa opuszczająca

Rozpuszczalnik

‹#›

RJC

Struktura substratu

Struktura substratu

Sterycznie zatłoczony substrat jest mniej podatny

Sterycznie zatłoczony substrat jest mniej podatny

na atak nukleofila.

na atak nukleofila.

CH

3

Br

CH CH

Br

Zmniejszająca się reaktywność S

N

2

CH

3

CH

2

Br

(CH

3

)

2

CH

Br

(CH

3

)

3

CCH

2

Br

(CH

3

)

3

C

Br

‹#›

RJC

Na przykład ... bromometan

Na przykład ... bromometan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 zachodzi bardzo szybko.

2 zachodzi bardzo szybko.

90°

Br

H

H

H

‹#›

RJC

Na przykład ... bromoetan

Na przykład ... bromoetan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 zachodzi szybko.

2 zachodzi szybko.

90°

Br

CH

3

H

H

‹#›

RJC

Na przykład ... 2

Na przykład ... 2--bromopropan

bromopropan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 zachodzi.

2 zachodzi.

90°

Br

CH

3

H

CH

3

‹#›

RJC

Na przykład ...2,2

Na przykład ...2,2--dimetylo

dimetylo--1

1--

bromopropan

bromopropan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 zachodzi bardzo wolno.

2 zachodzi bardzo wolno.

90°

Br

C

H

H

CH

3

CH

3

CH

3

‹#›

RJC

Na przykład ... 2

Na przykład ... 2--bromo

bromo--2

2--metylopropan

metylopropan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 wcale nie zachodzi.

2 wcale nie zachodzi.

90°

Br

CH

3

CH

3

CH

3

‹#›

RJC

Względne szybkości reakcji

Względne szybkości reakcji

bromometan

3,000,000

bromoetan

100,000

2-bromopropan

25,000

2,2-dimetylo-1-bromopropan

1

2-bromo-2-metylpropan

0

‹#›

RJC

Nukleofil

Nukleofil

Istnieją nukleofile o zróżnicowanej aktywności.

Istnieją nukleofile o zróżnicowanej aktywności.

I

-

HO

-

NH

I

-

HO

-

NH

3

anion jodkowy

anion
hydroksylowy

amoniak

Malejąca nukleofilowość

‹#›

RJC

I

-

HO

-

NH

Nukleofilowość

Nukleofilowość

W przybliżeniu, szereg nukleofilowości pokrywa

W przybliżeniu, szereg nukleofilowości pokrywa

się z szeregiem zasadowości.

się z szeregiem zasadowości.

••

••

•

•

•

•

••

••

••

••

•

•

I

-

HO

-

NH

3

anion jodkowy

anion hydroksylowy

amoniak

Malejąca zasadowość

••

••

•

•

•

•

••

••

•

•

•

•

•

•

•

•

‹#›

RJC

Popularne nukleofile

Popularne nukleofile

HS

-

125

HO

-

16

Wz. reaktyw.

Nu

Nu

Wz. reak.

CN

-

125

Cl

-

1.0

I

-

100

NH

3

0.7

CH

3

O

-

25

H

2

O

0.001

‹#›

RJC

Grupa opuszczająca

Grupa opuszczająca

Grupa Y jest dobrą grupą odchodzącą, jeżeli

Grupa Y jest dobrą grupą odchodzącą, jeżeli

jednocześnie jest słabym nukleofilem (słabą

jednocześnie jest słabym nukleofilem (słabą

zasadą ?).

zasadą ?).

Nu

+ CH

3

Y

Nu

CH

3

+

Y

‹#›

RJC

Najważniejsze grupy odchodzące

Najważniejsze grupy odchodzące

TsO

-

60

F

-

0.001

Wz. Reak.

Y

Y

Wz. Reak.

I

-

30

HO

-

0

Br

-

10

H

2

N

-

0

Cl

-

0.2

RO

-

0

‹#›

RJC

Anion tosylanowy jest dobrą grupą odchodzącą

Anion tosylanowy jest dobrą grupą odchodzącą

Stabilizacja rezonansowa poprawia zdolność grupy

Stabilizacja rezonansowa poprawia zdolność grupy

odchodzącej.

odchodzącej.

Nu

-

+ R

OTs

Nu

R +

TsO

-

‹#›

RJC

Wpływ rozpuszczalnika

Wpływ rozpuszczalnika

Nukleofile są to cząsteczki ‘wzbogacone’ w

Nukleofile są to cząsteczki ‘wzbogacone’ w

elektrony i dlatego polarne rozpuszczalniki są

elektrony i dlatego polarne rozpuszczalniki są

potrzebne jako właściwe środowisko dla reakcji

potrzebne jako właściwe środowisko dla reakcji

S

S

N

N

2.

2.

“...Podobne rozpuszcza podobne...”

“Polarne rozpuszczają polarne ...”

“Nie-polarne rozpuszczają nie-polarne...”

‹#›

RJC

Solwatacja

Solwatacja

Rozpuszczalniki hydroksylowe solwatują

Rozpuszczalniki hydroksylowe solwatują

cząsteczkę nukleofila (Nu) i dlatego zmniejszają

cząsteczkę nukleofila (Nu) i dlatego zmniejszają

jej reaktywność.

jej reaktywność.

Nu

-

••

•

•

•

• •

••

•

•

• • • •

‹#›

RJC

Najlepszymi rozpuszczalnikami dla reakcji S

Najlepszymi rozpuszczalnikami dla reakcji S

N

N

2 są

2 są

polarne rozpuszczalniki aprotyczne;

polarne rozpuszczalniki aprotyczne;

Acetonitryl .... CH

3

CN

Polarne rozpuszczalniki aprotyczne

Polarne rozpuszczalniki aprotyczne

DMSO .......... (CH

3

)

2

SO

HMPA ....... [(CH

3

)

2

N]

3

PO

‹#›

RJC

Na przykład ...

Na przykład ...

W HMPTA (czas reakcji 1 h)

W HMPTA (czas reakcji 1 h)

W CH

W CH

3

3

OH (czas reakcji 22.8 lat!)

OH (czas reakcji 22.8 lat!)

Na

N

+ CH CH CH CH

Br

Na

N

3

+ CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

Br

Na

Br

+ CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

N

3

‹#›

RJC

Podsumowanie

Podsumowanie

Substytucja nukleofilowa S

N

2

Inwersja konfiguracji

Diagram energetyczny reakcji S

N

2

Nukleofile, grupa opuszczająca, zawada

steryczna

steryczna

Nukleofil i nukleofilowość

Anion tosylanowy

Rozpuszczalnik i solwatacja

Polarne rozpuszczalniki aprotyczne