Sn1 vs. Sn2 reakce

základní koncepty

v tomto tutoriálu se naučíte, jak explicitně rozlišovat mezi různými aspekty sn1 vs. sn2 reakce a identifikovat faktory, které zvyšují pravděpodobnost výskytu každého z nich.

Související témata

• Sn1 reakce
• SN2 reakce
• co je nukleofil
• co je elektrofil
• Sterická překážka
• kationty a anionty
• polarita
• reakční rychlosti & zákon rychlosti

slovní zásoba

• Aprotické (rozpouštědlo): rozpouštědlo, které neobsahuje atomy vodíku vázané na kyslík, dusík nebo fluor, a proto nemůže vodíkovou vazbu. Může obsahovat atomy vodíku jinde, například vázané na uhlík.
• Karbokationt: ion s kladně nabitým uhlíkem.
• opouštějící skupina: atom nebo skupina atomů, které se v průběhu reakce oddělují od molekuly.
• Protic (rozpouštědlo): rozpouštědlo, které obsahuje vodík vázaný na atom kyslíku, dusíku nebo fluoru, který může sloužit jako zdroj atomů H+. Jedná se o rozpouštědlo, které má schopnost vodíkové vazby.
• solvatace: proces, kdy molekuly rozpouštědla obklopují a interagují s rozpuštěnými molekulami rozpuštěné látky.
• Sterická Překážka: nevazebné interakce mezi molekulami, vyplývající z jejich fyzického tvaru, které ovlivňují způsoby jejich interakce.

rychlostní rovnice Sn1 vs. Sn2

čísla spojená s reakcemi Sn1 a Sn2 se mohou na první pohled zdát neintuitivní. Pokud přemýšlíte o počtu kroků zapojených do těchto reakcí, zdá se, že jsou pozpátku. Čísla se však vztahují k počtu reaktantů zapojených do kroku určujícího rychlost, nikoli k počtu kroků. Nejpomalejším krokem v reakci je ten, který omezuje rychlost celkové reakce, stejně jako hrdlo láhve určuje, jak rychle můžete vylévat její obsah.

v reakci Sn1 je tímto nejpomalejším krokem disociace elektrofilu, když opouští skupina. Tento proces není závislý na koncentraci nukleofilu, protože nukleofil se účastní pouze druhého kroku. V důsledku toho můžeme napsat rychlostní rovnici jako R = k, to znamená, že rychlost reakce souvisí rychlostní konstantou k s koncentrací jednoho reaktantu, elektrofilu. Dalším způsobem, jak to říci, je, že reakce je “unimolekulární”, a proto ji nazýváme Sn1: substituce-nukleofilní-unimolekulární.

podobně, protože dva reaktanty se musí spojit v kroku určujícím rychlost (a pouze) reakce Sn2, nazýváme tento typ reakce “bimolekulární”a píšeme jeho rychlostní rovnici jako R = k. to vede k názvu Sn2: substituce – nukleofilní – bimolekulární.

Sn1 vs. SN2 elektrofily

Poloha opouštějící skupiny na elektrofilu je možná nejvýznamnější, pokud jde o rozlišení mezi SN1 vs. sn2 reakcemi.

Sn1: pokud je odcházející skupina připojena k terciárnímu uhlíku, je nejpravděpodobnější, že podstoupí SN1 reakci; pokud je připojena k sekundárnímu uhlíku, méně pravděpodobná a pokud je připojena k primárnímu uhlíku, velmi nepravděpodobná-v podstatě nemožná – Je to proto, že prvním krokem v reakci sn1 je tvorba karbokace, protože se odcházející skupina odděluje. Terciární karbokace je relativně stabilní, zatímco primární karbokace je velmi nestabilní. Čím stabilnější je výsledná karbokace, tím je pravděpodobnější reakce sn1.

abychom to shrnuli: terciární > sekundární > primární

Sn2: je – li odcházející skupina připojena k primárnímu uhlíku, je s největší pravděpodobností podrobena sn2 reakci; pokud je připojena k sekundárnímu uhlíku, méně pravděpodobná a pokud je připojena k terciárnímu uhlíku, velmi nepravděpodobná-v podstatě nemožná. Je to proto, že v reakci sn2 nukleofil “útočí” na elektrofil tak, jak je, takže k tomu musí být fyzicky prostor. Primární uhlík je jediný spojen s jedním dalším uhlíkem, má tedy nejmenší sterickou překážku; terciární uhlík, nicméně, je spojen se třemi dalšími uhlíky, a tak bude existovat několik dalších skupin, které se dostanou do cesty nukleofilu. Tím pádem, čím více sterické překážky, tím méně jako sn2 má dojít.

abychom to shrnuli, trend je přímo opačný než trend sn1: primární > sekundární > terciární

Sn1 vs. Sn2 nukleofily

Sn1: v SN1 reakcích má nukleofil tendenci být nenabitý a slabší, protože “útočí” na karbokaci. To znamená, že pro druhý krok, nukleofilní útok, nebude trvat příliš mnoho síly-náboj elektrofilu ji již podporuje – Často je v reakci sn1 nukleofil rozpouštědlem, ve kterém se reakce vyskytuje.

některé příklady nukleofilů společných sn1 reakcím jsou: CH3OH, H2O

Sn2: V SN2 reakcích nukleofil vytlačuje odcházející skupinu, což znamená, že musí být dostatečně silný, aby tak učinil. Často to znamená, že nukleofil je nabitý-pokud ne, musí to být silný neutrální nukleofil. To bylo řečeno, věnujte pozornost také sterikům, protože velmi objemný nukleofil nebude schopen provést sn2 reakci.

některé příklady nukleofilů společných SN2 reakcím jsou: KOEt, NaCN
Všimněte si, že se jedná o skutečně nabité nukleofily, protože obsahují iontové vazby. NaCN například v reakci působí jako Na+ a CN -, čímž se CN-nabitý nukleofil.

SN1 vs. SN2 rozpouštědla

Sn1: Sn1 reakce se obvykle vyskytují v polárních protických rozpouštědlech, protože díky své silné solvatační síle mohou lépe stabilizovat karbokační náboj. To v podstatě znamená, že protické rozpouštědlo může obklopit náboj a interagovat s ním, což stabilizuje náboj. V případě protických rozpouštědel mají schopnost vodíkové vazby, ale v reakcích sn1 stabilizují karbokaci prostřednictvím dipólových interakcí. Kromě toho může polární protické rozpouštědlo navázat vodík s odcházející skupinou, čímž ji také stabilizuje.

některé příklady rozpouštědel společných SN1 reakcím jsou: voda, alkoholy, karboxylové kyseliny

Sn2: Sn2 reakce se obvykle vyskytují v polárních, aprotických rozpouštědlech. Je to proto, že jsou dostatečně polární, aby rozpustily nukleofil a umožnily reakci pokračovat, ale nemají schopnost vodíkové vazby nebo tak silnou solvatační sílu jako rozpouštědla pro sn1 reakce. To dává smysl, protože nemusí stabilizovat karbokaci v reakcích sn2. Ve skutečnosti příliš silná solvatační síla, jako jsou polární protická rozpouštědla, bude bránit reakcím sn2, protože rozpustí nukleofil a zabrání tomu, aby “napadl” elektrofil.

některé příklady rozpouštědel společných SN2 reakcím jsou: aceton, DMSO (dimethylsulfoxid), acetonitril

Sn1 vs. SN2 odcházející skupiny

Sn1 a Sn2: jak sn1, tak sn2 reakce vyžadují dobré odcházející skupiny, takže povaha odcházející skupiny nemá velký vliv na typ reakce. Velmi špatná skupina však může zabránit tomu, aby se jakákoli reakce vůbec vyskytla.

dobrá odcházející skupina je vysoce elektronegativní, protože odcházející skupina musí být schopna vzít elektrony ze své vazby, aby odešla. Čím je druh elektronegativnější, tím větší je jeho schopnost přitahovat elektrony, zejména elektrony vázaného páru.

některé příklady dobrých odcházejících skupin společných jak SN1, tak sn2 reakcím jsou: Cl–, Br -, I -, H2O

shrnutí

struktura elektrofilu je tedy nejjednodušší způsob, jak zjistit, že reakce bude probíhat prostřednictvím sn1 vs. sn2. Pokud je odcházející skupina připojena k primárnímu nebo terciárnímu uhlíku, ve většině případů můžete automaticky předpokládat reakci sn1 nebo sn2. Pokud je připojen k sekundárnímu uhlíku, případ je trochu nejednoznačný. Možná se budete muset spolehnout na další stopy, abyste zjistili, jaká reakce to bude. V těchto případech se podívejte na nukleofil (ať už je nabitý/nenabitý nebo silný/slabý) a na rozpouštědlo (ať už je protický nebo aprotický).