Sn1 vs.Sn2 reacții

concepte de bază

în acest tutorial, veți învăța cum să se facă distincția în mod explicit între diferitele aspecte ale SN1 vs. SN2 reacții, și pentru a identifica factorii care fac fiecare mai probabil să apară.

subiecte înrudite

• reacții Sn1
• reacții Sn2
• ce este un nucleofil
• ce este un electrofil
• obstacol Steric
• cationi și anioni
• polaritate
• rata de reacție & Legea ratei

vocabular

• aprotic (solvent): un solvent care nu conține atomi de hidrogen legați de oxigen, azot sau fluor și, prin urmare, nu poate lega hidrogenul. Poate conține atomi de hidrogen în altă parte, cum ar fi legați de carbon.
• Carbocation: un ion cu un carbon încărcat pozitiv.
• grup de părăsire: atomul sau grupul de atomi care se detașează de moleculă în cursul reacției.
• Protic (solvent): un solvent care conține un hidrogen legat de un atom de oxigen, azot sau fluor, care poate servi ca sursă de atomi de H+. Acesta este un solvent care are capacitatea de a lega hidrogenul.
• solvatare: un proces în care moleculele de solvent înconjoară și interacționează cu moleculele dizolvate dizolvate.
• Obstacole Sterice: interacțiunile care nu se leagă între molecule, rezultate din forma lor fizică, care afectează modurile în care interacționează.

Sn1 vs.ecuațiile ratei Sn2

numerele asociate cu reacțiile Sn1 și Sn2 pot părea contraintuitive la început. Dacă vă gândiți la numărul de pași implicați în aceste reacții, acestea par înapoi. Cu toate acestea, numerele se referă la numărul de reactanți implicați în etapa de determinare a ratei, nu la numărul de pași. Cel mai lent pas într-o reacție este cel care limitează viteza reacției globale, la fel cum gâtul unei sticle determină cât de repede îi puteți turna conținutul.

într-o reacție Sn1, acest pas cel mai lent este disocierea electrofilului, când grupul care pleacă pleacă. Acest proces nu depinde de concentrația nucleofilului, deoarece nucleofilul participă doar la a doua etapă. Ca rezultat, putem scrie ecuația vitezei ca R = k, adică viteza de reacție este legată de Constanta vitezei k la concentrația unui reactant, electrofilul. Un alt mod de a spune acest lucru este că reacția este “unimoleculară” și de aceea o numim Sn1: substituție – nucleofilă – unimoleculară.

în mod similar, deoarece doi reactanți trebuie să se reunească în etapa de determinare a vitezei (și numai) a unei reacții Sn2, numim acest tip de reacție “bimolecular” și scriem ecuația vitezei sale ca R = k. aceasta duce la numele Sn2: substituție – nucleofilă – bimoleculară.

Sn1 vs. Electrofili Sn2

poziția grupului care pleacă pe electrofil este probabil cea mai semnificativă atunci când vine vorba de distincția dintre reacțiile sn1 vs.sn2.

Sn1: dacă grupul care pleacă este atașat la un carbon terțiar, este cel mai probabil să sufere o reacție sn1; dacă este atașat la un carbon secundar, mai puțin probabil și dacă este atașat la un carbon primar, foarte puțin probabil – în esență imposibil. Acest lucru se datorează faptului că primul pas într-o reacție sn1 este formarea carbocației, deoarece grupul care pleacă se detașează. O carbocație terțiară este relativ stabilă, în timp ce o carbocație primară este foarte instabilă. Astfel, cu cât carbocația rezultată este mai stabilă, cu atât este mai probabilă o reacție sn1.

pentru a rezuma: Terțiar > secundar > primar

Sn2: dacă grupul care pleacă este atașat la un carbon primar, este cel mai probabil să sufere o reacție sn2; dacă este atașat la un carbon secundar, mai puțin probabil și dacă este atașat la un carbon terțiar, foarte puțin probabil – în esență imposibil. Acest lucru se datorează faptului că într-o reacție sn2, nucleofilul “atacă” electrofilul așa cum este, deci trebuie să existe spațiu fizic pentru a face acest lucru. Un carbon primar este singurul conectat la un alt carbon, deci are cea mai mică piedică sterică; cu toate acestea, un carbon terțiar este conectat la alți trei atomi de carbon și, astfel, vor exista mai multe alte grupuri care vor sta în calea nucleofilului. Astfel, cu cât este mai steric obstacol, cu atât mai puțin ca sn2 este să apară.

pentru a rezuma, tendința este direct opusă celei a sn1: primar > secundar > terțiar

Sn1 vs. SN2 nucleofili

Sn1: în reacțiile sn1, nucleofilul tinde să fie neîncărcat și mai slab, deoarece “atacă” o carbocație. Aceasta înseamnă că nu va dura prea multă forță pentru a avea loc al doilea pas, atacul nucleofil – încărcarea electrofilului o încurajează deja. Adesea, într-o reacție sn1, nucleofilul este solventul în care are loc reacția.

câteva exemple de nucleofile comune reacțiilor sn1 sunt: CH3OH, H2O

Sn2: În reacțiile sn2, nucleofilul deplasează grupul care pleacă, ceea ce înseamnă că trebuie să fie suficient de puternic pentru a face acest lucru. Adesea, aceasta înseamnă că nucleofilul este încărcat – dacă nu, atunci trebuie să fie un nucleofil neutru puternic. Acestea fiind spuse, acordați atenție și stericilor, deoarece un nucleofil foarte voluminos nu va putea face o reacție sn2.

câteva exemple de nucleofile comune reacțiilor sn2 sunt: KOEt, Nacn
rețineți că acestea sunt de fapt nucleofile încărcate, deoarece conțin legături ionice. NaCN, de exemplu, într– o reacție acționează ca Na+ și CN–, făcând CN-nucleofilul încărcat.

SN1 vs.solvenți Sn2

Sn1: reacțiile Sn1 tind să se întâmple în solvenți polari, protici, deoarece pot stabiliza mai bine încărcarea carbocației prin puterea lor puternică de solvatare. Aceasta înseamnă în esență că solventul protic poate înconjura sarcina și interacționa cu ea, ceea ce stabilizează sarcina. În cazul solvenților protici, aceștia au capacitatea de a lega hidrogenul, dar în reacțiile sn1 stabilizează carbocația prin interacțiuni dipol. În plus, solventul polar, protic, se poate lega de hidrogen cu grupul care pleacă, stabilizându-l astfel.

câteva exemple de solvenți comuni reacțiilor sn1 sunt: apă, alcooli, acizi carboxilici

Sn2: reacțiile Sn2 tind să se întâmple în solvenți polari, aprotici. Acest lucru se datorează faptului că sunt suficient de polari pentru a dizolva nucleofilul și pentru a permite reacția să se desfășoare, dar nu au capacitatea de a lega hidrogenul sau de a avea o putere de solvatare la fel de puternică ca solvenții pentru reacțiile sn1. Acest lucru are sens, deoarece nu trebuie să stabilizeze o carbocație în reacțiile sn2. De fapt, o putere de solvatare prea puternică, cum ar fi solvenții polari, protici, va împiedica reacțiile sn2, deoarece va rezolva nucleofilul și îl va împiedica să “atace” electrofilul.

câteva exemple de solvenți comuni reacțiilor sn2 sunt: acetonă, DMSO (dimetilsulfoxid), acetonitril

Sn1 vs.grupuri de părăsire Sn2

Sn1 și Sn2: atât reacțiile sn1, cât și sn2 necesită grupuri de părăsire bune, astfel încât natura grupului de părăsire nu influențează foarte mult tipul de reacție. Cu toate acestea, un grup de părăsire foarte slab poate împiedica apariția oricărei reacții.

un grup bun care pleacă este unul foarte electronegativ, deoarece un grup care pleacă trebuie să poată lua electronii din legătura sa pentru a pleca. Cu cât o specie este mai electronegativă, cu atât este mai mare capacitatea sa de a atrage electroni, în special cei ai unei perechi legate.

câteva exemple de grupuri de părăsire bune comune atât reacțiilor sn1, cât și sn2 sunt: Cl–, Br–, I–, H2O

rezumat

astfel, structura electrofilului este cel mai simplu mod de a determina într-o reacție va continua prin sn1 vs.sn2. Dacă grupul de plecare este atașat la un carbon primar sau terțiar, în majoritatea cazurilor puteți presupune automat o reacție sn1 sau, respectiv, sn2. Dacă este atașat la un carbon secundar, cazul este puțin mai ambiguu. Este posibil să trebuiască să vă bazați pe alte indicii pentru a determina ce reacție va fi. În aceste cazuri, uitați-vă la nucleofil (indiferent dacă este încărcat/neîncărcat sau puternic/slab) și la solvent (indiferent dacă este protic sau aprotic).