Αντίδραση Sn1

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε για τον πρώτο τύπο πυρηνόφιλης υποκατάστασης αντίδραση – sn1 – κοιτάζοντας τον μηχανισμό του και περνώντας από ένα παράδειγμα.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Τι είναι ένα πυρηνόφιλο
• Τι είναι το ηλεκτρόφιλο
• Περιοδικές τάσεις
• Κινητική μοριακή θεωρία
• Στειρικό εμπόδιο

Λεξιλόγιο

• Carbocation: ένα ιόν με θετικά φορτισμένο άνθρακα.
• Αποχώρηση από την ομάδα: το άτομο ή η ομάδα ατόμων που αποσπώνται από το μόριο κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Η αποχωρούσα ομάδα δέχεται ηλεκτρόνια, παίρνοντάς τα από τον σπασμένο δεσμό και τα χρησιμοποιεί για να γεμίσει το κέλυφος σθένους για να φύγει ως ουδέτερο είδος.
• Πυρηνόφιλη αντίδραση υποκατάστασης: μια αντίδραση που περιλαμβάνει ένα πυρηνόφιλο που αντικαθιστά μια αποχωρούσα ομάδα σε ένα μόριο.
• Αντίδραση Sn1: πυρηνόφιλη αντίδραση υποκατάστασης που συμβαίνει σε δύο ξεχωριστά βήματα.
• Στερεόκεντρο: ένα άτομο (συνήθως άνθρακας) με τέσσερις μοναδικές συνδεδεμένες ομάδες.
• Στειρικό εμπόδιο: μη δεσμευτικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ μορίων, που προκύπτουν από το φυσικό τους σχήμα, που επηρεάζουν τους τρόπους με τους οποίους αντιδρούν.

Τι είναι μια πυρηνόφιλη αντίδραση υποκατάστασης;

Μια πυρηνόφιλη αντίδραση υποκατάστασης περιλαμβάνει ένα πυρηνόφιλο μόριο που αντικαθιστά ένα άλλο άτομο ή ομάδα ατόμων, που ονομάζεται αποχωρούσα ομάδα, σε ένα μόριο. Το πυρηνόφιλο μόριο είναι πλούσιο σε ηλεκτρόνια, τα οποία προσβάλλουν το μόριο του υποστρώματος. Η αποχωρούσα ομάδα στο μόριο του υποστρώματος αναχωρεί με ένα πρόσφατα αποκτημένο ζεύγος ηλεκτρονίων. Το πυρηνόφιλο μόριο συνδέεται με το μόριο του υποστρώματος. Οι αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης είναι κοινές στην οργανική χημεία και έχουν τη γενική μορφή:Nuc + LG-R → Nuc-R + LG.

Αυτή η αντίδραση μπορεί να συμβεί σε ένα ή δύο βήματα, ανάλογα με τον τύπο της αντίδρασης. Σε αυτό το σεμινάριο, θα συζητήσουμε την έκδοση δύο βημάτων αυτής της αντίδρασης:την αντίδραση sn1.

Αντίδραση πυρηνόφιλης υποκατάστασης Sn1

Μια αντίδραση sn1 είναι ένας τύπος πυρηνόφιλης αντίδρασης υποκατάστασης που συμβαίνει σε δύο ξεχωριστά, διακριτά στάδια. Στο πρώτο βήμα του μηχανισμού, η αποχωρούσα ομάδα αποσπάται από το μόριο, παίρνοντας τα ηλεκτρόνια από τον δεσμό του με αυτό. Έτσι, η αποχωρούσα ομάδα εξέρχεται ως ουδέτερο είδος, έχοντας μια πλήρη οκτάδα. Ο άνθρακας χάνει ένα από τα ηλεκτρόνια του σε αυτή τη διαδικασία και έτσι αποκτά θετικό φορτίο.

Σε αυτό το στάδιο, το ηλεκτρόφιλο μόριο αφήνεται με ένα καρβοκατιόν, και αυτό το θετικό φορτίο είναι η θέση όπου το πυρηνόφιλο προσκολλάται και δίνει τα ηλεκτρόνια του, σβήνοντας αυτό το θετικό φορτίο για να αφήσει το τελικό προϊόν αφόρτιστο.

Το πρώτο βήμα είναι το βήμα καθορισμού του ρυθμού, επειδή συμβαίνει πιο αργά από την πυρηνόφιλη επίθεση, που σημαίνει ότι ολόκληρη η αντίδραση μπορεί να προχωρήσει μόνο με την ταχύτητα του πρώτου βήματος. Ο ρυθμός της αντίδρασης sn1 εξαρτάται μόνο από τη συγκέντρωση του μορίου ηλεκτροφίλου και όχι από αυτή του πυρηνόφιλου.

Μηχανισμός Sn1

Σημειώστε τα στερικά αυτού του μηχανισμού:το πυρηνόφιλο μπορεί να πλησιάσει από κάθε πλευρά του μορίου επειδή η αποχωρούσα ομάδα έχει ήδη φύγει πλήρως. Το πυρηνόφιλο «επιτίθεται» στο καρβοκατιόν, το οποίο είναι εξίσου μπλοκαρισμένο από όλες τις πλευρές, με αποτέλεσμα δύο εξίσου πιθανά προϊόντα. Ωστόσο, εάν οι άλλοι δύο υποκαταστάτες (Y και Z) ήταν διαφορετικοί ή άνισοι σε μέγεθος, αυτό θα επηρέαζε τις στερικές ουσίες, καθιστώντας πιο πιθανή την προσέγγιση που παρεμποδίζεται λιγότερο.

Παράδειγμα αντίδρασης sn1

Το παραπάνω διάγραμμα δείχνει έναν μηχανισμό αντίδρασης sn1 μεταξύ μεθυλτριτ-βουτυλαιθέρα και υδροβρωμιούχου. Πρώτον, το άτομο οξυγόνου στο ηλεκτρόφιλο συνδέεται με ένα υδρογόνο που έχει διαχωριστεί από το HBr. Αυτό συμβαίνει επειδή CH₃ Το O είναι μια φτωχή ομάδα που αποχωρεί, αλλά CH₃ Το OH είναι μια καλή ομάδα που αποχωρεί. Έτσι, καθώς οι δεσμοί οξυγόνου συνδέονται με αυτό το υδρογόνο, η αποχωρούσα ομάδα βελτιώνεται και μπορεί να πραγματοποιήσει το πρώτο βήμα της αντίδρασης sn1, αποκολλώντας από το μόριο. Το ηλεκτρόφιλο μένει τώρα με ένα καρβοκατιόν και το υπόλοιπο Br, ένα ισχυρό πυρηνόφιλο, μπορεί να «επιτεθεί» και να δημιουργήσει έναν δεσμό με αυτόν τον άνθρακα.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Αντιδράσεις Sn2
• Ονομασία αλκανίων
• Ονομασία κυκλοαλκανίων