Sn1 vs. Sn2 Reaksjoner

Kjernekonsepter

i denne opplæringen lærer du hvordan du eksplisitt skiller mellom de ulike aspektene av sn1 vs. sn2 reaksjoner, og å identifisere faktorene som gjør hver av dem mer sannsynlig å forekomme.

Relaterte Emner

• Sn1 reaksjoner
• Sn2 reaksjoner
• hva er en nukleofil
• hva er en elektrofil
• Sterisk Hindring
• Kationer og anioner
• polaritet
• Reaksjonshastigheter & Rate Law

vokabular

• aprotisk (løsemiddel): et løsningsmiddel som ikke inneholder hydrogenatomer bundet til oksygen, nitrogen eller fluor, og dermed kan ikke hydrogenbinding. Det kan inneholde hydrogenatomer andre steder, som bundet til karbon.
• Karbokasjon: et ion med et positivt ladet karbon.
• Leaving group: atomet eller gruppen av atomer som løsner fra molekylet i løpet av reaksjonen.
• Protisk (løsemiddel): et løsningsmiddel som inneholder et hydrogen bundet til et oksygen -, nitrogen-eller fluoratom, som kan tjene som kilde Til h+ atomer. Dette er et løsningsmiddel som har evne til hydrogenbinding.
• Solvasjon: en prosess der løsningsmiddelmolekyler omgir og samhandler med oppløste løsningsmolekyler.
• Sterisk Hindring: ikke-bindingsinteraksjoner mellom molekyler, som følge av deres fysiske form, som påvirker måtene de samhandler på.

Sn1 vs Sn2 Rate Ligninger

tallene knyttet Til Sn1 og Sn2 reaksjoner kan virke counterintuitive først. Hvis du tenker på antall trinn som er involvert i disse reaksjonene, virker de bakover. Tallene refererer imidlertid til antall reaktanter som er involvert i det hastighetsbestemmende trinnet, ikke til antall trinn. Det tregeste trinnet i en reaksjon er det som begrenser hastigheten på den totale reaksjonen, akkurat som halsen på en flaske bestemmer hvor raskt du kan hente ut innholdet.

i En Sn1-reaksjon er dette tregeste trinnet dissosiasjonen av elektrofilen når forlatelsesgruppen forlater. Denne prosessen er ikke avhengig av konsentrasjonen av nukleofil, fordi nukleofilen bare deltar i det andre trinnet. Som et resultat kan vi skrive hastighetsligningen Som R = k, det vil si at reaksjonshastigheten er relatert av hastighetskonstanten k til konsentrasjonen av en reaktant, elektrofilen. En annen måte å si dette på er at reaksjonen er “unimolekylær”, og det er derfor Vi kaller Det Sn1: Substitusjon – nukleofil – unimolekylær.

På Samme måte, FORDI TO reaktanter må komme sammen i det hastighetsbestemmende (og eneste) trinnet I En Sn2-reaksjon, kaller vi denne typen reaksjon “bimolekylær” og skriver sin hastighetsligning Som R = k. dette fører Til navnet Sn2: Substitusjon – nukleofil – bimolekylær.

Sn1 vs. Sn2 Elektrofiler

posisjonen til forlatelsesgruppen på elektrofilen er kanskje den viktigste når det gjelder å skille mellom sn1 vs sn2-reaksjoner.

Sn1: hvis den forlater gruppen er festet til et tertiært karbon, er det mest sannsynlig å gjennomgå en sn1 reaksjon; hvis festet til et sekundært karbon, mindre sannsynlig, og hvis festet til et primært karbon, svært usannsynlig-i det vesentlige umulig. Dette er fordi det første trinnet i en sn1 reaksjon er carbocation formasjonen, som forlater gruppen løsner seg selv. En tertiær karbokasjon er relativt stabil, mens en primær karbokasjon er svært ustabil. Dermed er jo mer stabil den resulterende karbokasjonen, jo mer sannsynlig er en sn1-reaksjon.

for å oppsummere: Tertiær > sekundær > primær

Sn2: hvis den forlater gruppen er festet til et primært karbon, er Det mest sannsynlig å gjennomgå en sn2 reaksjon; hvis festet til et sekundært karbon, mindre sannsynlig – og hvis festet til et tertiært karbon, veldig usannsynlig-i det vesentlige umulig. Dette skyldes at i en sn2-reaksjon “angriper nukleofilen” elektrofilen som den er, så det må fysisk være plass til det å gjøre det. Et primært karbon er det eneste som er koblet til et annet karbon, og dermed har det minst sterisk hindring; et tertiært karbon er imidlertid koblet til tre andre karboner, og dermed vil det være flere andre grupper som kommer i veien for nukleofilen. Dermed er jo mer sterisk hindring, jo mindre som sn2 skal forekomme.

for å oppsummere er trenden direkte motsatt sn1: Primær > sekundær > tertiær

Sn1 vs. Sn2 Nukleofiler

Sn1: i sn1-reaksjoner har nukleofilen en tendens til å være uladet og svakere, da den “angriper” en karbokasjon. Dette betyr at det ikke vil ta veldig mye styrke for det andre trinnet, det nukleofile angrepet, å skje-ladningen av elektrofilen oppfordrer det allerede. Ofte, i en sn1-reaksjon, er nukleofilen løsningsmidlet som reaksjonen forekommer i.

noen eksempler på nukleofiler som er felles for sn1-reaksjoner er: CH3OH, H2O

Sn2: I sn2-reaksjoner forskyver nukleofilen den forlatte gruppen, noe som betyr at den må være sterk nok til å gjøre det. Ofte betyr dette at nukleofilen er ladet – hvis ikke, må den være en sterk nøytral nukleofil. Når det er sagt, vær også oppmerksom på statikk, da en veldig stor nukleofil ikke vil kunne gjøre en sn2-reaksjon.

noen eksempler på nukleofiler som er felles for sn2-reaksjoner Er: KOEt, NaCN
Merk at disse faktisk er ladede nukleofiler, siden de inneholder ioniske bindinger. NaCN, for eksempel, i en reaksjon virker Som Na + OG CN -, noe SOM gjør CN-den ladede nukleofilen.

Sn1 vs Sn2 Løsemidler

Sn1: Sn1 reaksjoner har en tendens til å skje i polare, protiske løsemidler, fordi de kan stabilisere carbocation kostnad bedre gjennom sin sterke solvating makt. Dette betyr i hovedsak at det protiske løsningsmidlet kan omgjøre ladningen og samhandle med den, noe som stabiliserer ladningen. I tilfelle av protiske løsningsmidler har de evne til hydrogenbinding, men i sn1-reaksjoner stabiliserer de karbokasjonen gjennom dipolinteraksjoner. I tillegg kan det polare, protiske løsningsmidlet hydrogenbinding med forlatingsgruppen, og dermed stabilisere den også.

noen eksempler på løsemidler som er felles for sn1-reaksjoner er: vann, alkoholer, karboksylsyrer

Sn2: Sn2-reaksjoner har en tendens til å forekomme i polare, aprotiske løsemidler. Dette skyldes at de er polare nok til å oppløse nukleofilen og tillate reaksjonen å fortsette, men har ikke evne til hydrogenbinding eller så sterk solverende kraft som løsningsmidlene for sn1-reaksjoner. Dette er fornuftig, da de ikke trenger å stabilisere en karbokasjon i sn2-reaksjoner. Faktisk vil for sterk en solverende kraft, som de polare, protiske løsningsmidlene, hindre sn2-reaksjoner fordi den vil solvere nukleofilen og forhindre at den “angriper” elektrofilen.

noen eksempler på løsemidler som er felles for sn2-reaksjoner er: aceton, DMSO (dimetylsulfoksid), acetonitril

Sn1 vs. Sn2 Leaving Groups

Sn1 Og Sn2: både sn1 og sn2-reaksjoner krever gode leaving-grupper, slik at arten av leaving-gruppen ikke påvirker typen av reaksjon veldig mye. Imidlertid kan en svært dårlig forlate gruppen hindre enten reaksjon oppstår i det hele tatt.

en god forlatingsgruppe er en som er svært elektronegativ, fordi en forlatingsgruppe må kunne ta elektronene fra bindingen for å forlate. Jo mer elektronegativ en art er, desto større er dens evne til å tiltrekke seg elektroner, spesielt de av et bundet par.

noen eksempler på gode leaving grupper felles for både sn1 og sn2 reaksjoner Er: Cl–, Br–, I–, H2O

Sammendrag

dermed er strukturen av elektrofilen den enkleste måten å bestemme i en reaksjon vil fortsette via sn1 vs. sn2. Hvis avgangsgruppen er festet til et primært eller tertiært karbon, kan du i de fleste tilfeller automatisk anta en sn1 eller sn2-reaksjon. Hvis den er festet til et sekundært karbon, er saken litt mer tvetydig. Du må kanskje stole på andre ledetråder for å avgjøre hvilken reaksjon det vil være. I disse tilfellene, se på nukleofilen (om den er ladet / uladet eller sterk / svak), og på løsningsmidlet (om det er protisk eller aprotisk).