Sn1 vs. Sn2 reaktioner

kärnkoncept

i denna handledning kommer du att lära dig att uttryckligen skilja mellan de olika aspekterna av sn1 vs. sn2 reaktioner och att identifiera de faktorer som gör varje mer sannolikt att inträffa.

relaterade ämnen

• Sn1-reaktioner
• Sn2-reaktioner
• Vad är en nukleofil
• vad är en elektrofil
• steriskt hinder
• katjoner och anjoner
• polaritet
• reaktionshastigheter & rate Law

ordförråd

• aprotisk (lösningsmedel): ett lösningsmedel som inte innehåller väteatomer bundna till syre, kväve eller fluor och därmed inte kan vätebindas. Det kan innehålla väteatomer någon annanstans, såsom bundna till kol.
• karbokalisering: en jon med ett positivt laddat kol.
• lämnar grupp: atomen eller gruppen av atomer som lossnar från molekylen under reaktionens gång.
• Protic (lösningsmedel): ett lösningsmedel som innehåller ett väte bundet till en syre -, kväve-eller fluoratom, som kan tjäna som en källa till H+ – atomer. Detta är ett lösningsmedel som har förmågan att vätebindning.
• Solvation: en process där lösningsmedelsmolekyler omger och interagerar med upplösta lösta molekyler.
• Steriskt Hinder: icke-bindande interaktioner mellan molekyler, som härrör från deras fysiska form, som påverkar hur de interagerar.

Sn1 vs. Sn2 – Hastighetsekvationer

siffrorna associerade med Sn1-och Sn2-reaktioner kan verka kontraintuitiva först. Om du tänker på antalet steg som är involverade i dessa reaktioner verkar de bakåt. Siffrorna hänvisar dock till antalet reaktanter som är involverade i det hastighetsbestämmande steget, inte till antalet steg. Det långsammaste steget i en reaktion är det som begränsar hastigheten för den totala reaktionen, precis som flaskans hals bestämmer hur snabbt du kan hälla ut innehållet.

i en Sn1-reaktion är detta långsammaste steg dissociationen av elektrofilen när den lämnande gruppen lämnar. Denna process är inte beroende av koncentrationen av nukleofil, eftersom nukleofilen endast deltar i det andra steget. Som ett resultat kan vi skriva hastighetsekvationen som R = k, det vill säga reaktionshastigheten är relaterad av hastighetskonstanten k till koncentrationen av en reaktant, elektrofilen. Ett annat sätt att säga Detta är att reaktionen är “unimolekylär”, och det är därför vi kallar det Sn1: Substitution – nukleofil – unimolekylär.

på samma sätt, eftersom två reaktanter måste samlas i det hastighetsbestämmande (och enda) steget i en Sn2 – reaktion, kallar vi denna typ av reaktion “bimolekylär” och skriver dess hastighetsekvation som R = k. detta leder till namnet Sn2: Substitution – nukleofil-bimolekylär.

Sn1 vs. Sn2-elektrofiler

positionen för den lämnande gruppen på elektrofilen är kanske den mest signifikanta när det gäller att skilja mellan sn1 vs sn2-reaktioner.

Sn1: om den lämnande gruppen är fäst vid ett tertiärt kol, är det mest sannolikt att genomgå en sn1 – reaktion; om det är fäst vid ett sekundärt kol, mindre troligt, och om det är fäst vid ett primärt kol, mycket osannolikt-väsentligen omöjligt. Detta beror på att det första steget i en sn1-reaktion är karbokföringsbildningen, eftersom den lämnande gruppen lossnar sig själv. En tertiär karbokalisering är relativt stabil, medan en primär karbokalisering är mycket instabil. Ju mer stabil den resulterande karbokationen är, desto mer sannolikt är en sn1-reaktion.

för att sammanfatta: tertiär > sekundär > primär

Sn2: om den lämnande gruppen är fäst vid ett primärt kol, är det mest sannolikt att genomgå en sn2 – reaktion; om det är fäst vid ett sekundärt kol, mindre troligt, och om det är fäst vid ett tertiärt kol, mycket osannolikt-väsentligen omöjligt. Detta beror på att nukleofilen i en sn2-reaktion “attackerar” elektrofilen som den är, så det måste fysiskt finnas utrymme för att den ska göra det. Ett primärt kol är det enda som är anslutet till ett annat kol, så det har minst steriskt hinder; ett tertiärt kol är emellertid anslutet till tre andra kol, och därmed kommer det att finnas flera andra grupper som kommer i vägen för nukleofilen. Således, ju mer steriskt hinder, desto mindre som sn2 ska inträffa.

för att sammanfatta är trenden direkt motsatt den för sn1: primär > sekundär > tertiär

Sn1 vs. Sn2 nukleofiler

Sn1: i sn1-reaktioner tenderar nukleofilen att vara oladdad och svagare, eftersom den “attackerar” en karbokalisering. Det betyder att det inte kommer att ta mycket styrka för det andra steget, den nukleofila attacken, att inträffa – laddningen av elektrofilen uppmuntrar det redan. Ofta, i en sn1-reaktion, är nukleofilen lösningsmedlet som reaktionen förekommer i.

några exempel på nukleofiler som är vanliga för sn1-reaktioner är: CH3OH, H2O

Sn2: I sn2-reaktioner förskjuter nukleofilen den lämnande gruppen, vilket betyder att den måste vara tillräckligt stark för att göra det. Ofta betyder det att nukleofilen laddas-om inte, då måste det vara en stark neutral nukleofil. Med det sagt, Var uppmärksam på sterics också, eftersom en mycket skrymmande nukleofil inte kan göra en sn2-reaktion.

några exempel på nukleofiler som är vanliga för sn2-reaktioner är: KOEt, NaCN
Observera att dessa faktiskt är laddade nukleofiler, eftersom de innehåller jonbindningar. NaCN, till exempel, i en reaktion verkar som Na+ och CN–, vilket gör CN– den laddade nukleofilen.

Sn1 vs. Sn2 lösningsmedel

Sn1: Sn1 reaktioner tenderar att hända i polära, protiska lösningsmedel, eftersom de kan stabilisera carbocation laddning bättre genom sin starka solvating makt. Detta innebär i huvudsak att det protiska lösningsmedlet kan omge laddningen och interagera med den, vilket stabiliserar laddningen. När det gäller protiska lösningsmedel har de förmågan att vätebindning, men i sn1-reaktioner stabiliserar de karbokokationen genom dipolinteraktioner. Dessutom kan det polära, protiska lösningsmedlet vätebindning med den lämnande gruppen, vilket stabiliserar det också.

några exempel på lösningsmedel som är vanliga för sn1-reaktioner är: vatten, alkoholer, karboxylsyror

Sn2: Sn2-reaktioner tenderar att hända i polära, aprotiska lösningsmedel. Detta beror på att de är polära nog för att lösa upp nukleofilen och låta reaktionen fortsätta, men har inte förmågan att vätebindning eller lika stark solvating kraft som lösningsmedlen för sn1-reaktioner. Detta är vettigt, eftersom de inte behöver stabilisera en karbokalisering i sn2-reaktioner. Faktum är att för stark en solvating kraft, såsom de polära, protiska lösningsmedlen, kommer att hindra sn2-reaktioner eftersom det kommer att lösa nukleofilen och förhindra att den “attackerar” elektrofilen.

några exempel på lösningsmedel som är vanliga för sn2-reaktioner är: aceton, DMSO (dimetylsulfoxid), acetonitril

Sn1 vs. Sn2-lämnande grupper

Sn1 och Sn2: både sn1-och sn2-reaktioner kräver bra lämnande grupper, så naturen hos den lämnande gruppen påverkar inte typen av reaktion mycket. En mycket dålig lämnande grupp kan dock förhindra att någon reaktion uppstår alls.

en bra lämnande grupp är en som är mycket elektronegativ, eftersom en lämnande grupp måste kunna ta elektronerna från sin bindning för att lämna. Ju mer elektronegativ en art är, desto större är dess förmåga att locka elektroner, särskilt de hos ett bundet par.

några exempel på bra lämnande grupper som är gemensamma för både sn1– och sn2– reaktioner är: Cl–, Br -, i -, H2O

sammanfattning

således är elektrofilens struktur det enklaste sättet att bestämma i en reaktion kommer att fortsätta via sn1 vs. sn2. Om den lämnande gruppen är kopplad till ett primärt eller tertiärt kol, kan du i de flesta fall automatiskt anta en sn1-eller sn2-reaktion. Om det är kopplat till ett sekundärt kol är fallet lite mer tvetydigt. Du kan behöva lita på andra ledtrådar för att avgöra vilken reaktion det kommer att bli. I dessa fall, titta på nukleofilen (oavsett om den är laddning/oladdad eller stark/svag) och på lösningsmedlet (oavsett om det är protiskt eller aprotiskt).