SN2-voorbeelden: gedetailleerde inzichten en feiten

In dit artikel gaan we het nucleofiele substitutiereactiemechanisme ieS . nader benaderenN2 met behulp van de juiste sn2-voorbeelden en waarom het voor ons nodig is om dit mechanisme te analyseren.

We zullen het mechanisme in detail bestuderen met behulp van de SN2 voorbeelden, de factoren die het mechanisme beïnvloeden, zoals nucleofiele sterkte, koolstofskelet, vertrekkende groep, oplosmiddel enz. De stereochemie die betrokken is bij de reactie, snelheidsbepalende factoren en de gezonde manieren om de reactie uit te voeren om het gewenste resultaat te bereiken.

Allereerst, waarom is het voor ons nodig om te weten welk mechanisme een reactie zal volgen? Het is simpelweg omdat het helpt bij het voorspellen van het soort omstandigheden dat een stof nodig heeft om te reageren om een ​​goede opbrengst aan producten te verkrijgen. Dus we zullen dichterbij komen met behulp van SN2 voorbeelden.

Opmerking: De snelheid van de reactie hangt af van de concentratie van zowel nucleofiel als substraat.

De namenN2 staat voor nucleofiele substitutie - reactie van de tweede orde. In dit reactiemechanisme valt een nucleofiel een substraat aan en vertrekt een vertrekkende groep en dit gebeurt gelijktijdig. De reactie vindt slechts in één enkele stap plaats.

In bovenstaande reactie van SN2 voorbeeld OH werkt als een nucleofiel aanvalt en tegelijkertijd vertrekt chloor, wat een goede vertrekkende groep is, OH komt en hecht zich op dat punt.

Factoren die S . beïnvloedenN2 mechanisme:

nucleofiel: Het speelt een zeer belangrijke rol in het mechanisme omdat het de reactiesnelheid bepaalt en hoe sterker de nucleofiel, hoe sneller de reactie zal zijn. Negatief geladen soorten zijn meer nucleofiel in vergelijking met neutrale moleculen. OH heeft de voorkeur boven andere nucleofielen omdat het een anion is en daarom zeer reactief.

Koolstofskelet: Het geeft altijd de voorkeur aan primaire koolstof boven tertiaire koolstof, omdat als de koolstof meer gesubstitueerd (tertiair) is dan door sterische hindering, het voor een nucleofiel moeilijk wordt om het substraat aan te vallen.

Opmerking: Methyl en primaire alkylgroep reageren altijd door SN2 mechanisme en nooit door SN1-mechanisme omdat het geen carbokation kan vormen.

Vertrekkende groep : Als de vertrekkende groep goed is, zal de reactie sneller verlopen, wat resulteert in een toename van de reactiesnelheid. Gewoonlijk zijn de zwakke basen goede vertrekkende groepen die ionen van halogeniden I-, Cl- en Br- ook H bevatten2O. De belangrijke factoren voor vertrekkende groepen zoals halogenide is de sterkte van de C-halogenidebinding en de stabiliteit van het ion van halogenide.

Stereochemie : Wanneer de vertrekkende groep is bevestigd aan een chirale koolstof, vindt inversie van de configuratie van het substraat plaats. Het gebeurt omdat de nucleofiel aanvalt net tegenover de vertrekkende groep.

sn2 voorbeelden

Overgangsstatus: vertelt ons het type structuren dat betrouwbaar reageert en stereochemie van de reactie.

Effect van oplosmiddel : Het wordt meestal uitgevoerd in een polair aprotisch oplosmiddel, aangezien het polaire oplosmiddel helpt bij de dissociatie van de CX-binding, waarbij X de vertrekkende groep is en aprotische oplosmiddelen de vertrekkende groep solvateren, waardoor de reactie wordt versneld.

Andere factoren die het reactiemechanisme beïnvloeden gebruik sn2 voorbeelden:

Wanneer aangrenzende C=C of C=O π-systemen aanwezig zijn, verhogen ze het reactiemechanisme. Overweeg de SN2 voorbeelden van allylbromide, het reageert met alkoxiden en vormt ethers. Opgemerkt wordt dat in de SN2 mechanisme verbindingen van allylbromide reageren snel omdat het π-systeem dat grenst aan de dubbele binding de overgangstoestand stabiliseert door conjugatie.

De p-orbitaal die in het midden van de reactie aanwezig is, maakt twee gedeeltelijke bindingen met slechts twee elektronen (elektronendeficiënt) zodat extra elektronendichtheid kan worden verzameld uit het aangrenzende π-systeem dat de overgangstoestand stabiliseert en dus de reactiesnelheid verhoogt.

PIEK 4
Onder alle SN2 reacties wanneer de vertrekkende groep naast de carbonylgroep aanwezig is, verloopt de reactie veel sneller.

SN2 Voorbeeld: Benzylbromide en alkoxiden reageren om benzylethers te geven

Nieuwe Doc 2021 11 28 2 1
Reactie van amine
Image credit: Organic Chemistry Tweede editie door Jonathan Clayden, Nick Greeves en Stuart Warren.

In de bovenstaande reactie van SN2 voorbeelden, amine reageert om aminoketon te vormen dat een vitale rol speelt in de synthese van medicijnen.

Meestal zijn alcoholen niet goed om de groep te verlaten, dus om dit probleem op te lossen:

• We kunnen de OH-groep protoneren met sterk zuur. Dit zet alcohol om in zijn respectievelijke oxoniumion dat verloren kan gaan als water.

• We weten dat sulfonaten een goede vertrekkende groep zijn, dus we kunnen de Tosylgroep zoals Tosylchloride of Mesylchloride gebruiken om de H te vervangen door de Tosylgroep, wat resulteert in alkylsulfonaat.

Lees meer over: Monomeer voorbeelden

Reactie met stikstof nucleofiel :

Aminen zijn geweldige nucleofielen, maar de reactie van ammoniak en alkylhalogeniden zal niet altijd afzonderlijke producten vormen. Dit komt omdat het product dat door de substitutie wordt gevormd, bijna even nucleofiel is als het uitgangsmateriaal en daarom concurreert met alkylhalogenide in de reactie.

Deze alkylering leidt continu tot de vorming van secundaire, tertiaire en stopt alleen bij de vorming van niet-nucleofiele tetra-alkylammoniumionen. Deze extra alkylgroepen duwen de elektronendichtheid op N, waardoor het product reactiever wordt dan het vorige.

Dit probleem kan worden overwonnen door ammoniak te vervangen door het azide-ion. Het is een triatomaire soort die aan beide uiteinden nucleofiel is. Het is een slanke staaf bestaande uit elektronen die in staat is zichzelf in allerlei elektrofiele plaatsen in te voegen. Het is verkrijgbaar in de vorm van in water oplosbaar natriumzout NaN3.

Azide reageert slechts één keer met alkylhalogeniden als het gevormde product, dwz alkylhalogenide is niet langer in nucleofiele toestand.

Lees meer over:KOOLHYDRATEN

Laten we het potentiële energieprofiel van de S . nader benaderenN2 reactie.

Als we in het periodiek systeem van links naar rechts gaan, neemt de nucleofiliciteit af, gevolgd door een toename van de elektronegativiteit van links naar rechts. Daarom is een hoge elektronegativiteit ongunstig omdat de stevig vastgehouden elektronen relatief minder beschikbaar zijn voor de donatie aan het substraat in de SN2 reactie. Daarom wordt gezegd dat OH meer nucleofiel is dan F- en NH3 is meer nucleofiel dan H2O.

Nieuwe Doc 2021 11 29 1 1
Energieprofiel diagram
Afbeelding tegoed: mechanisme voor organische chemie door Ahluwalia

Opmerking: Hardere nucleofielen verhogen de reactiesnelheid in vergelijking met zachte nucleofielen.

Het potentiële energieprofiel van de SN2-mechanisme hierboven laat zien dat er slechts één overgangstoestand bestaat en dat er geen vorming van een tussenproduct is tussen reactant en product, omdat het een eenstapsreactie is. De energie van reactanten is iets hoger dan die van producten, omdat de reacties een exotherme reactie zijn.

De energie van de overgangstoestand is behoorlijk hoger, omdat er vijf gecoördineerde koolstofatomen bij betrokken zijn die uit twee gedeeltelijke bindingen bestaan. De heuvel op het bovenste deel komt overeen met de overgangstoestand van de Sn2-reactie. De vrije activeringsenergie komt overeen met het verschil in vrije energie tussen de reactanten en de overgangstoestand.

De verandering in vrije energie voor een reactie komt overeen met het verschil in vrije energie tussen de reactanten en de producten. Een reactie zal sneller plaatsvinden wanneer deze een lage vrije activeringsenergie heeft in vergelijking met een reactie met een hogere vrije activeringsenergie.

Harde nucleofielen omvatten- H-, CH3-

Matige nucleofiel - RO-, R-NH-

Zachte nucleofiel - Cl-,

Veelgestelde Vragen / FAQ-

1. Waarom is het Sn2-reactiemechanisme niet gunstig of langzamer in polaire protische oplosmiddelen?

Antwoord: Het is zo omdat nucleofielen worden opgelost door polaire protische oplosmiddelen die het vermogen om deel te nemen aan het Sn2-mechanisme remt.

2. Welke reactie hieronder zal sneller verlopen in een reactie waarbij CH3 nucleofiel is? a) CH3-Br b) CH3-I?

Ant.De reactie zal sneller zijn met CH3-I aangezien I- een goede vertrekkende groep is, en het is ook stabieler in vergelijking met Br- omdat het een lagere ladingsdichtheid heeft.

3. Waarom geven Sn2-reacties de voorkeur aan primaire koolstof?

antw. Het is zo omdat als de koolstof meer gesubstitueerd is dan door sterische hindering, het voor nucleofielen moeilijk wordt om het substraat aan te vallen.

Lees ook: