1 / 55

HOOFDSTUK IX: nucleofiele substitutie en eliminatie

HOOFDSTUK IX: nucleofiele substitutie en eliminatie. Mc Murry: pagina 343-384. IX.1 Inleiding (Mc Murry: p 343-344). substitutie. eliminatie. Walden inversie. IX.2 Stereochemie van de nucleofiele substitutie (Mc Murry: p 344-346).

nora
Télécharger la présentation

HOOFDSTUK IX: nucleofiele substitutie en eliminatie

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. HOOFDSTUK IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Mc Murry: pagina 343-384

  2. IX.1 Inleiding (Mc Murry: p 343-344) substitutie eliminatie

  3. Walden inversie

  4. IX.2 Stereochemie van de nucleofiele substitutie (Mc Murry: p 344-346)

  5. R — Y + Nu:- R — Nu + Y:- OTos = Y = Cl, Br, I, OTos,Nu = nucleofiel Inversie van configuratie tijdens de substitutie van tosylaat door acetaat anion

  6. IX.3 Kinetiek van de nucleofiele substitutie (Mc Murry: p 346-347) Kinetiek van de reactie: relatie tussen de reactiesnelheid en de reactantconcentratie •• •• •• •• HO:- + CH3— Br:HO — CH3 + :Br:- •• •• •• •• Reactiesnelheid = snelheid waarmee reactant verdwijnt = k x [RX] x [-OH] met [RX]= CH3Br concentratie [-OH] = -OH concentratie k = snelheidsconstante (L/mol • s)

  7. Eén-stapsreactie • Reacties grijpen plaats met inversie aan het koolstofcentrum. • De reactie vertoont tweede-orde kinetiek SN2 reactie: substitutie, nucleofiel, bimoleculair IX.4 De SN2 reactie (Mc Murry: p 347-349) Het nucleofiel valt aan langs de achterzijde van de te breken binding: 180° ten opzichte van het vertrekkende halogeenatoom.

  8. IX.5 Karakteristieken van de SN2 reactie (Mc Murry: p 349-356) Snelheid van de substitutiereactie: bepaald door DG‡, het verschil in energie tussen het beginproduct (substraat of reactant; grondtoestand) en de transitietoestand (TTS) verandering van het energieniveau van het substraat verandering van het TTS niveau Beïnvloeding van DG‡ door verandering in reactiecondities

  9. Het substraat: sterische effecten in de SN2 reactie

  10. Minder reactief Meer reactief tertiair neopentyl secundair primair methyl Relatieve reactiviteit < 1 1 500 40.000 2.000.000 Aryl halogenide Vinylisch halogenide

  11. Cyclische substraten

  12. neutraal Negatief geladen nucleofiel Nu:- Nu:- + R — Y R — Nu + Y:- Nu: + R — Y R — Nu+ + Y:- Het aanvallende nucleofiel positief geladen Neutraal nucleofiel Nu:

  13. CH3— Br + Nu:- CH3— Nu + Br- Nu = H2O CH3CO2- NH3 Cl- OH- CH3O - I- CN-HS- Relatieve reactiviteit 1 500 700 1000 16.000 25.000 100.000 125.000 125.000 Minder reactief Meer reactief • Nucleofiliciteit trends: • Geladen nucleofielen zijn meer reactief dan niet-geladen nucleofielen • nucleofiliciteit stijgt bij stijgende periode: • * HS- > HO- • * I- > Br- > Cl- • Nucleofiliciteit loopt ongeveer parallel met basiciteit Polariseerbaarheid !

  14. Ambidente nucleofielen • Basiciteit versus nucleofiliciteit voor thiosulfaat- en sulfietdianion: • zuur-base reactie: meest basische centrum (alcoholaat) reageert met het proton • vrij elektronenpaar op zwavel heeft meer intrinsiek nucleofiele eigenschappen

  15. De leaving groep Leaving groep uitgestoten met een negatieve lading: beste leaving groep = beste stabilisatie van negatieve lading beste stabilisatie van anion = zwakste base (laagste pKa voor geconjugeerd zuur) Leaving groep L- pKa van H-L relatieve reactiviteit I- < -10 30.000 Br- -9 10.000 Cl- -7 200 F- +3 1 RCOO- +5 ca 0 CN- +10 0 RO-, HO- +16 0 NH2- +35 0 CH3- +50 0 Meer reactief Minder reactief

  16. Breken van C-O binding R — F R — OH R — OR’ R — NH2 Ondergaan normaal geen SN2 reactie Oplossing voor substitutie van hydroxylgroep: via derivatisatie Nu:- R — L Nu — R :L- / L pKa (H-L / H-L+) Tosylaat R-OTs (alkyl)-p-tolueensulfonaat -6 -2 hydroxoniumgroep H2O

  17. Het solvent Protisch solvent gesolvateerde anionen  verlaagde nucleofiliciteit door verlaagde grondtoestandenergie

  18. Dipolair aprotisch solvent gesolvateerde kationen  naakte anionen  verhoogde nucleofiliciteit door verhoogde grondtoestands energie Dimethylformamide (DMF) Hexamethylfosforzuurtriamide (HMPTA)

  19. Karakteristieken van de SN2 reactie: samenvatting Substraat: methyl en primaire best Nucleofiel: basische geladen nucleofielen meer effectief dan neutrale

  20. Leaving groep: meer stabiele anionen Solvent: polaire aprotische solventen

  21. Minder reactief Meer reactief IX.6 De SN1 reactie (Mc Murry: p 356-357) R — Br + H2O R — OH + HBr Relatieve reactiviteit < 1 1 12 1.200.000 SN1 reactie : substitutie, nucleofiel, unimoleculair

  22. IX.7 Kinetiek van de SN1 reactie (Mc Murry: p 357-359) Eerste-orde proces: reactiesnelheid = snelheid van verdwijnen van halogeenalkaan = k x [RX] Verklaring: verschil in snelheidsbepalende stap (SBS)

  23. Twee-stapsreactie • Reacties grijpen plaats met racemisatie aan het koolstofcentrum. • De reactie vertoont eerste-orde kinetiek SN1 reactie: substitutie, nucleofiel, unimoleculair Snelheidsbepalende stap intermediair

  24. Twee-stapsreactie: a) vorming carbokation b) reactie van carbokation met nucleofiel

  25. IX.8 Stereochemie van de SN1 reactie (Mc Murry: p 359-361) Stereochemie van de SN1 reactie: een enantiomeer zuiver substraat geeft een racemisch product Maar !

  26. + (R)-6-Chloro-2,6-dimethyloctaan 60% S (inversie) 40% R (retentie)

  27. IX.9 Karakteristieken van de SN1 reactie (Mc Murry: p 361-367) Het substraat • Hammond postulaat: elke factor die het hoge-energie intermediair stabiliseert, leidt ook tot stabilisatie van de TTS die ertoe leidt. • SBS in de SN1 reactie: spontane unimoleculaire dissociatie van het substraat mvv carbokation Hammond postulaat: link tussen reactiesnelheid en stabiliteit van intermediair Hoe meer stabiel het carbokation, hoe sneller de SN1 reactie

  28. methyl < primair < allyl  benzyl  secundair < tertiair Minder stabiel Meer stabiel

  29. Allylische en benzylische substraten: zeer reactief zowel in SN1 als in SN2

  30. Minder reactief Meer reactief De leaving groep H2O < Cl- < Br- < I- < TosO- Leaving groep In de SN1 reactie: neutraal water kan optreden als leaving groep bv. bij bereiding van een halogeenalkaan uit een tertiair alcohol met HBr of HCl

  31. Het nucleofiel Nucleofiel komt pas tussen na de SBS Beinvloedt de reactiesnelheid niet zelfde reactiesnelheid voor HCl, HBr of HI Neutrale nucleofielen even effectief als geladen SN1 reacties dikwijls onder neutrale of zure omstandigheden

  32. Het solvent Solventeffecten in SN2 reacties: vooral te wijten aan stabilisatie of destabilisatie van het nucleofiel reactant Solventeffecten in SN1 reacties: vooral te wijten aan stabilisatie of destabilisatie van de transitietoestand  solvatatie van het carbokation Gerelateerd met solvent polariteit diëlektrische polarisatie: mate waarin een solvent kan optreden als isolator voor elektrische ladingen Zie tabel p 411

  33. Minder reactief Meer reactief Ethanol 40% water / 80% water / water 60% ethanol 20% ethanol Relatieve reactiviteit 1 100 14.000 100.000 Solvent

  34. Karakteristieken van de SN1 reactie: samenvatting Substraat: tertiaire, allylische en benzylische best Nucleofiel: bij voorkeur niet basisch om eliminatie te voorkomen (zie verder) neutrale nucleofielen werken goed Leaving groep: meer stabiele anionen verlagen de energie van de TTS leidend tot het carbokation Solvent: polaire solventen solvateren het carbokation en verhogen de reactiesnelheid

  35. substitutie eliminatie

  36. IX.10 Eliminatiereacties van halogeenalkanen: Zaitsev regel (Mc Murry: p 367-369) 2-bromobutaan 2-buteen (81%) 1-buteen (19%) Zaitsev’s regel: Bij de eliminatie van HX uit een halogeenalkeen wordt bij voorkeur het meest gesubstitueerde alkeen gevormd. Eliminatie van HX uit een halogeenalkaan: excellente methode voor het bereiden van alkenen twee mogelijke mechanismen E1en E2

  37. Eén-stapsreactie • De reactie vertoont tweede- orde kinetiek E2 reactie: eliminatie, bimoleculair IX.11 De E2 reactie (Mc Murry: p 369-372) Reactiesnelheid = k x [RX] x [base]

  38. p-karakter in de TTS:Zaitsev produkt 2-bromo-2-methylbutaan 2-methyl-2-buteen (70%) 2-methyl- 1-buteen (30%)

  39. Kinetische aciditeit van C-H:Hofmannprodukt KOEt, EtOH 7 : 3 KOtBu, tBuOH 3 : 7 KOCEt3, Et3COH 1 : 9

  40. Stereochemie van E2-eliminaties E2 reacties vereisen periplanaire geometrie synperiplanair antiperiplanair

  41. Bewijs voor het mechanisme: voorkeur voor antiperiplanaire geometrie Meso-1,2-dibromo- 1,2-difenylethaan (E)-1-bromo- 1,2-difenyletheen Vorming van puur E-alkeen ! Geen isomeer Z-alkeen

  42. IX.12 Het deuterium isotoop effect (Mc Murry: p 374) Tweede bewijs voor het E2 mechanisme Snellere reactie 1-bromo-2-fenylethaan Tragere reactie 1-bromo-2,2-dideuterio- 2-fenylethaan C-H / C-D wordt gebroken in de snelheidsbepalende stap deuterium isotoop effect

  43. IX.13 Eliminatiereacties en cyclohexaanconformatie (Mc Murry: p 372-373)

  44. IX.14 De E1 reactie (Mc Murry: p 374-376) Reactiesnelheid = k x [RX] Snelheidsbepalende stap Intermediair carbokation • Twee-stapsreactie • De reactie vertoont eerste- orde kinetiek E1 reactie: eliminatie, unimoleculair

More Related