If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah

SN1 a SN2 reakce alkoholů

SN1 a SN2 reakce alkoholů. Tvůrce: Jay.

Transkript

Podívejme se na nukleofilní substituci alkoholů. Předpokládám, že jste už znáte SN1 a SN2 mechanizmy. Začněme primárním alkoholem. Tohle je ethanol. Je to primární alkohol, protože uhlík navázaný na OH skupinu je navázaný na pouhý jeden další uhlík. Primární alkoholy reagují s HBr, přičemž v rámci SN2 reakce vytváří alkyl bromid. Máme tu silnou kyselinu HBr a máme ethanol jakožto zásadu. První krok bude protonace kyslíku. Máme tady přenos protonu. Volný elektronový pár na kyslíku si vezme tento proton a tyto elektrony jsou ponechány bromu. Vytvoří se tak bromidový anion. Máme tedy bromidový anion s formálním nábojem minus 1. Řekněme, že tyto modré elektrony na bromidu pochází z této vazby. Dáme tedy proton kyslíku. Ukažme si, jak kyslík dostane proton. Na tomto kyslíku je pořád jeden volný pár elektronů, který mu dává náboj plus 1. Tyto purpurové elektrony kyslíku vytvoří vazbu s vodíkem. Teď se musíme zamyslet nad daným SN2 mechanismem. V mechanismu SN2 potřebujeme nukleofil a elektrofil a pak odstupující skupinu. Důvod pro protonaci kyslíku je mít lepší odstupující skupinu. Pokud bychom pouze nechali nukleofil zaútočit na ethanol, odstupující skupina by byl hydroxid. Ta ale není dobrou odstupující skupinou. Tady bude jako odstupující skupina voda. To uvidíme za pár chvil. To napomáhá celému procesu. Tento kyslík odebírá elektronovou hustotu z tohoto rudě označeného uhlíku. Tento rudý uhlík je tedy elektrofil. Nukleofil napadne elektrofil, takže bromidový anion zafunguje jako nukleofil a napadne náš elektrofil, a vytvoří vazbu mezi bromem a uhlíkem. Zároveň tyto elektrony přejdou na kyslík. SN2 mechanismus je společný. Tato vazba se vytvoří, když se tato vazba roztrhne a elektrony se přesunou na odstupující skupinu. Nakreslíme si produkt, kterým je ethylbromid. Dejme tyto elektrony sem. Tyto modré elektrony vytvoří vazbu mezi uhlíkem a bromem. Červený uhlík dole je tento a zde je bromethan. Vytvořili bychom také vodu. Nakreslím tedy vodu. H₂O, to je dobrá odstupující skupina, protože voda je stabilní. Tyto zelené elektrony tedy přešly na kyslík, což dalo vzniknout vodě. Při SN2 mechanismu je někdy třeba myslet na stereochemii, zde to však není nutné. Červený uhlík totiž není chirálním. Máme dva vodíky napojené na červený uhlík, takže toto je náš jediný produkt. Tohle je to jediné, co může vzniknout. Bromethan je produkt. Podívejme se na jinou SN2 reakci. Teď si ji ukážeme pro sekundární alkohol. Budeme uvažovat tento sekundární alkohol. Uhlík navázaný na OH skupinu je navázaný na dva další uhlíky, proto je to sekundární alkohol. V dřívějších videích jsme viděli, že alkoholy reagují s tosylchloridem a pyridinem za vzniku tosylátu. Nakresleme si tento produkt. V prvním kroku vytvoříme tosylát. Stereochemie zůstává zachována. Proto zde máme klínek a tady také. Nakreslíme kyslík a na něj napojené zkratkou napsané TS. Detailně jsme to probírali v předchozím videu. Díky tomuto máme lepší odstupující skupinu. V předchozí reakci jsme protonovali kyslík, abychom měli co nejlepší odstupující skupinu. Tady máme vynikající odstupující skupinu. To je jeden z důvodů pro užití tosylátů. V druhém kroku přidáme bromid sodný a znovu vše proběhne SN2 mechanismem. Nukleofil napadne elektrofil. Pojďme najít elektrofil. Je to uhlík navázaný na kyslík. Kyslík z tohoto uhlíku odebírá elektronovou hustotu. Toto je tedy elektrofilní část molekuly. Bromidový anion tedy bude znovu v roli nukleofilu. Tady je náš brom a tento volný elektronový pár označím modře. Bromidový anion napadne elektrofilní uhlík a vytvoří vazbu. Ve stejný čas přejdou tyto elektrony ke kyslíku. Takže se znovu jedná o součinný SN2 mechanismus. Tentokrát se musíme zabývat stereochemií. Máme tady tento klínek. Tahle část jde dopředu do prostoru k nám. A bromidový anion musí napadat z druhé strany. Takže pokud přichází z druhé strany, je třeba jej vyznačit čárkovaně. Brom musel přijít z druhé strany, což nám prohodí konfiguraci. Proběhne inverze absolutní konfigurace. Když bychom popisovali konfiguraci, výchozí alkohol by byl R. Chirální centrum by bylo tady. Tento uhlík je chirální. V produktu bychom již zjistili konfiguraci S. Vytvořili jsme S a začali jsme s R. Takže v rámci SN2 mechanismu proběhla inverze konfigurace, protože nukleofil musel přistupovat z druhé strany. Podívejme se ještě na jeden příklad. Uděláme SN1 mechanismus. Pojďme na to. Terc-butylalkohol reaguje s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou. Koncentrovaná chlorovodíková kyselina bude fungovat jako kyselina. Alkohol bude fungovat jako zásada. Připomenu ještě, že to bude probíhat SN1 mechanismem, protože máme terciární alkohol. Tento uhlík navázaný na OH se pojí s dalšími třemi uhlíky. Alkohol tedy funguje jako zásada je proto protonován, a tím je vytvořen chloridový anion. Nakresleme to. Měli bychom chloridový anion se záporným nábojem o velikosti minus 1. Stejně jako předtím si tyto elektrony vyznačíme modře. Řekněme, že se jedná o tyto elektrony. Chloridový anion. Protonujeme kyslík, pojďme si to také nakreslit. Pokud dáme kyslíku proton, budeme mít tercbutylovou skupinu tady a kyslík bude mít náboj plus jedna. Zase si to zakreslíme. Náboj plus jedna. Tyto purpurové elektrony si vzali proton. Řekněme, že tím vytvořili tuto vazbu. Znovu máme výbornou odstupující skupinu. Jak už jsme říkali předtím, voda je dobrou odstupující skupinou. V rámci SN1 mechanismu půjdou tyto elektrony na kyslík a dají vznik vodě. Také tím vznikne karbokation. Uhlík v něm má náboj plus jedna. Tento červený uhlík dostane náboj plus jedna. Jedná se tedy o tento uhlík, protože ztrácí vazbu. Vyznačím elektrony, o které přichází. Tyto elektrony jdou pryč na kyslík a vytvoří vodu. Můžeme to tedy nakreslit. Teď ztrácíme vodu. Takže zelené elektrony jdou na kyslík pro vytvoření H₂O. Přetrhnou vazbu od červeného uhlíku, takže se vytvoří karbokation. Toto je stabilní karbokationt. Je to terciární karbokationt. Proto tedy terciární alkohol reaguje SN1 mechanismem. Jde o stabilitu karbokationtu. V posledním kroku máme nukleofil, který napadne elektrofil. Nukleofil tedy napadne elektrofil. Chloridový anion napadne karbokation. Napadne tento uhlík, a tak vznikne produkt, kterým je tercbutylchlorid. Nakreslím tedy tyto elektrony a vyznačíme je. Elektrony jsou modré. Tyto elektrony vytvoří tuto vazbu. Uhlík vyznačím červeně. Tento červený uhlík je tady. Vytvoříme tercbutylchlorid. V průběhu reakce jsme ztratili vodu. Toto je velmi jednoduchá reakce. Nastane při pokojové teplotě. Takže si jen vezmeme tercbutanol a kyselinu chlorovodíkovou, protřeseme je a potom se nám vytvoří produkt. Jak je to se stereochemií v SN1 mechanismu? Červený uhlík není chirální takže nemusíme řešit konfiguraci produktu. Toto je finální produkt. Žádná stereochemie. Jen si zopakujeme, že při SN1 mechanismu vzniká karbokation. Uhlík v karbokationtu je sp² hybridizován, a je tak v jedné rovině. Pokud si zakreslíme prostorové uspořádání tohoto červený uhlík, zjistíme, že má hybridizaci sp². To znamená že uhlíky na něj napojené leží ve stejné rovině. Tyto uhlíky leží ve stejné rovině. sp² hybridizace je s nehybridizovaným "p" orbitalem. Tady je "p" orbital. Načrtneme to. Na uhlíku je náboj plus jedna. Nukleofil proto může přijít z libovolné strany. Může přijít z této ale i z této strany. Pokud má produkt chirální centrum, musíte se zamýšlet nad stereochemií. To ale není tento případ. Tady není chirální centrum. Máme štěstí. Je to tedy celkem jednoduché. To tedy bylo pár příkladů na SN1 a SN2 reakce alkoholů