Sn1 vs. Sn2 reacties

kernconcepten

In deze tutorial leert u hoe u expliciet onderscheid kunt maken tussen de verschillende aspecten van sn1 vs.sn2 reacties, en hoe u de factoren kunt identificeren die ervoor zorgen dat elke reactie vaker voorkomt.

Verwante Onderwerpen

• Sn1 reacties
• Sn2 reacties
• Wat is een nucleophile
• Wat is een electrophile
• Sterische Belemmering
• Kationen en anionen
• Polariteit
• Reactie Wisselkoersen & Tarief Wet

Woordenschat

• Aprotisch (oplosmiddel): een oplosmiddel bevat geen waterstofatomen gebonden aan zuurstof, stikstof, of fluor, en dus niet kan waterstof bond. Het kan waterstofatomen elders bevatten, zoals gebonden aan koolstof.
• carbonatie: een ion met een positief geladen koolstof.
• Leaving group: het atoom of de groep atomen die zich tijdens de reactie van het molecuul losmaken.
• Protisch (oplosmiddel): een oplosmiddel dat een waterstof bevat gebonden aan een zuurstof -, stikstof-of fluor-atoom, dat kan dienen als bron van H+ – atomen. Dit is een oplosmiddel dat de mogelijkheid heeft om waterstof te binden.
• Solvation: een proces waarbij oplosmiddelmoleculen omringen en interageren met opgeloste opgeloste moleculen.
• Sterische Hinder: niet-bindende interacties tussen moleculen, als gevolg van hun fysieke vorm, die van invloed zijn op de manieren waarop ze interageren.

Sn1 vs. Sn2-Snelheidsvergelijkingen

de getallen geassocieerd met SN1-en Sn2-reacties kunnen in het begin contra-intuïtief lijken. Als je nadenkt over het aantal stappen die betrokken zijn bij deze reacties, lijken ze omgekeerd. De getallen verwijzen echter naar het aantal reactanten dat betrokken is bij de snelheidsbepalende stap, niet naar het aantal stappen. De traagste stap in een reactie is degene die de snelheid van de totale reactie beperkt, net zoals de hals van een fles bepaalt hoe snel je de inhoud ervan kunt uitgieten.

in een Sn1-reactie is deze traagste stap de dissociatie van de elektrofiel, wanneer de leaving group vertrekt. Dit proces is niet afhankelijk van de concentratie van nucleofielen, omdat het nucleofiel slechts aan de tweede stap deelneemt. Als gevolg hiervan kunnen we de snelheidsvergelijking schrijven als R = k, dat wil zeggen, de reactiesnelheid wordt gerelateerd door de snelheidsconstante k aan de concentratie van één reactant, de elektrofiel. Een andere manier om dit te zeggen is dat de reactie “unimoleculair” is, en daarom noemen we het Sn1: substitutie – nucleofiel – unimoleculair.

omdat twee reactanten samen moeten komen in de snelheidsbepalende (en enige) stap van een Sn2 – reactie, noemen we dit type reactie “bimoleculair” en schrijven de snelheidsvergelijking als R = k. dit leidt tot de naam Sn2: substitutie – nucleofiel-bimoleculair.

Sn1 vs. Sn2 elektrofielen

de positie van de leaving group op de elektrofiel is misschien wel de meest significante als het gaat om het onderscheid tussen sn1 Versus sn2 reacties.

Sn1: als de leaving group is gehecht aan een tertiaire koolstof, is de kans groot dat deze een sn1 – reactie ondergaat; als de groep verbonden is met een secundaire koolstof, is de kans kleiner, en als de groep verbonden is met een primaire koolstof, zeer onwaarschijnlijk-in wezen onmogelijk. Dit komt omdat de eerste stap in een sn1-reactie de carbocatievorming is, omdat de leaving group zich losmaakt. Een tertiaire carbocatie is relatief stabiel, terwijl een primaire carbocatie zeer onstabiel is. Hoe stabieler de resulterende carbocatie, hoe waarschijnlijker een sn1-reactie is.

om samen te vatten: Tertiair > secundair > primair

Sn2: als de leaving group is gehecht aan een primaire koolstof, is de kans groot dat deze een sn2 – reactie ondergaat; als de groep verbonden is met een secundaire koolstof, is de kans kleiner en als de groep verbonden is met een tertiaire koolstof, zeer onwaarschijnlijk-in wezen onmogelijk. Dit komt omdat in een sn2-reactie het nucleofiel de elektrofiel” aanvalt ” zoals het is, dus er moet fysiek ruimte zijn om dat te doen. Een primaire koolstof is de enige verbonden met een andere koolstof, dus het heeft de minst sterische belemmering; een tertiaire koolstof is echter verbonden met drie andere koolstof, en dus zullen er meerdere andere groepen zijn die het nucleofiel in de weg staan. Dus, hoe meer sterische hinder, hoe minder zoals sn2 zal optreden.

samenvattend is de trend direct tegengesteld aan die van sn1: primair > secundair > tertiair

Sn1 vs. Sn2 nucleofielen

Sn1: bij sn1-reacties is het nucleofiel meestal niet geladen en zwakker, omdat het een carbocatie aanvalt. Dit betekent dat er niet veel kracht nodig is om de tweede stap, de nucleofiele aanval, te laten plaatsvinden – de lading van de elektrofiel moedigt het al aan. Vaak is in een sn1-reactie het nucleofiel het oplosmiddel waarin de reactie optreedt.

enkele voorbeelden van nucleofielen die vaak voorkomen bij sn1-reacties zijn: CH3OH, H2O

Sn2: In sn2-reacties verplaatst het nucleofiel de vertrekkende groep, wat betekent dat het sterk genoeg moet zijn om dat te doen. Vaak betekent dit dat het nucleofiel geladen is – zo niet, dan moet het een sterk neutraal nucleofiel zijn. Dat gezegd hebbende, let ook op sterics, want een zeer omvangrijk nucleofiel zal niet in staat zijn om een sn2-reactie te doen.

enkele voorbeelden van nucleofielen die vaak voorkomen bij sn2-reacties zijn: KOEt, NaCN
merk op dat dit in feite geladen nucleofielen zijn, omdat ze ionenbindingen bevatten. NaCN, bijvoorbeeld, in een reactie fungeert als Na+ en CN -, waardoor CN-de geladen nucleofiel.

SN1 vs. Sn2 oplosmiddelen

Sn1: Sn1-reacties komen vaak voor in polaire, protische oplosmiddelen, omdat ze de carbocatielading beter kunnen stabiliseren door hun sterke oplossend vermogen. Dit betekent hoofdzakelijk dat het protic oplosmiddel de lading kan omringen en met het in wisselwerking staan, die de lading stabiliseert. In het geval van protische oplosmiddelen hebben ze de mogelijkheid om waterstof te binden, maar in sn1-reacties stabiliseren ze de carbocatie door dipoolinteracties. Bovendien kan het polaire, protische oplosmiddel waterstof binden met de verlatende groep, waardoor het ook wordt gestabiliseerd.

enkele voorbeelden van oplosmiddelen die vaak voorkomen bij sn1-reacties zijn: water, alcoholen, carbonzuren

Sn2: Sn2-reacties komen vaak voor bij polaire, aprotische oplosmiddelen. Dit komt omdat ze polair genoeg zijn om het nucleofiel op te lossen en de reactie te laten doorgaan, maar niet de mogelijkheid hebben om waterstof te binden of zo sterk oplossend vermogen als de oplosmiddelen voor sn1-reacties. Dit is logisch, omdat ze een carbocatie in sn2-reacties niet hoeven te stabiliseren. In feite zal een te sterke oplossende kracht, zoals de polaire, protische oplosmiddelen, sn2 reacties belemmeren omdat het het nucleofiel oplost en voorkomt dat het de elektrofiel “aanvalt”.

enkele voorbeelden van oplosmiddelen die vaak voorkomen bij sn2-reacties zijn: aceton, DMSO (dimethylsulfoxide), acetonitril

Sn1 vs.SN2-verlaat groepen

Sn1 en Sn2: zowel sn1-als sn2-reacties vereisen goede verlaat groepen, dus de aard van de verlaat groep heeft niet veel invloed op het type reactie. Echter, een zeer slechte verlaten groep kan voorkomen dat beide reacties optreden.

een goede verlaat groep is een groep die zeer elektronegatief is, omdat een verlaat groep in staat moet zijn om de elektronen uit zijn binding te nemen om te vertrekken. Hoe meer elektronegatief een soort is, hoe groter zijn vermogen om elektronen aan te trekken, vooral die van een gebonden paar.

enkele voorbeelden van goede verlaten groepen gemeenschappelijk voor zowel sn1 en sn2 reacties zijn: Cl -, Br -, I -, H2O

samenvatting

de structuur van de elektrofiel is de makkelijkste manier om te bepalen in een reactie zal doorgaan via sn1 vs.sn2. Als de leaving group is gekoppeld aan een primaire of tertiaire koolstof, kun je in de meeste gevallen automatisch uitgaan van een sn1 of sn2 reactie, respectievelijk. Als het is bevestigd aan een secundaire koolstof, de zaak is een beetje meer ambigu. Je moet misschien op andere aanwijzingen vertrouwen om te bepalen welke reactie het zal zijn. In deze gevallen, kijk naar het nucleofiel (of het lading/niet geladen, of sterk/zwak), en naar het oplosmiddel (of het protisch of aprotisch is).