Hlavní obsah
Kurz: Organická chemie > Kapitola 5
Lekce 7: SN1/SN2/E1/E2Eliminace versus substituce: primární substrát
Pojďme se na příkladu primárních alkylhalogenidů naučit rozpoznávat, zda bude probíhat substituce či eliminace.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
V tomto videu se podíváme na reakce
s primárním substrátem a zkusíme zjistit, jestli se jedná
o substituci nebo eliminaci. Pro tento primární alkylhalogenid víme,
že můžeme vyloučit SN1 reakci, protože ta vyžaduje stabilní karbokation a z primárního alkylhalogenidu
takový nevyrobíme. Reakce typu SN2 bude možná, protože u primárního alkylhalogenidu
nehraje sterická zábrana velkou roli. Reakci typu E1 můžeme vyloučit
ze stejného důvodu jako SN1. Nemůžeme vytvořit
stabilní karbokation. Mechanismus E2 je stále ve hře. Dalším krokem je
tedy podívat se na činidlo a zjistit, jak se bude chovat. V této reakci máme nukleofil
založený na síře, o kterém víme, že se bude chovat pouze
jako nukleofil a ne jako báze. A protože se činidlo bude chovat
pouze jako nukleofil, můžeme vyloučit
mechanismus E2. Pro E2 reakce potřebujeme silnou bázi. Takže tato reakce bude probíhat
SN2 mechanismem, o kterém víme,
že je to součinný mechanismus. Nukleofil atakuje elektrofil
ve stejný okamžik, kdy se odpojuje
odstupující skupina. Vytvoří se tedy vazba mezi sírou
a tímto červeným uhlíkem. Ve stejnou chvíli se uvolní tyto elektrony
a vytvoří jodidovou odstupující skupinu. Nakreslíme si tedy konečný produkt. Máme čtyři uhlíky a vazbu na síru,
která má na sobě navázaný vodík. Uhlík označený červeně je tento. Toto je tedy náš produkt
a nemusíme se zabývat žádnou stereochemií, protože nemáme
žádná centra optické aktivity. Opět zde máme
primární alkylhalogenid. Vyloučili jsme SN1
a E1 mechanismy. Rozhodujeme se tedy
mezi SN2 a E2. Podíváme se na činidlo a víme,
že DBN je silná báze. Proto tedy budeme mít
reakční mechanismus E2 a nikoli SN2. DBN se chová jako silná báze. Víme také, že halogen
je navázaný přímo na tento uhlík, takže toto musí být alfa uhlík. Při mechanismu E2 vezmeme
proton z beta uhlíku. Toto je náš beta uhlík
a má na sobě jeden vodík. Víme, že DBN je neutrální báze. Nakreslím tu jen obecnou bázi
s volným elektronovým párem. Tato báze odebere tento proton
a tyto elektrony se přesunou sem. Zároveň se uvolní tyto elektrony
a vytvoří jodidový anion. Nakreslím tedy konečný produkt. Máme tu dlouhý uhlíkový řetězec. V této pozici je dvojná vazba. A vytvoříme dvojnou vazbu
také v této pozici. Podívejme se na elektrony. Tyto elektrony zvýrazněné fialově
se přesunou sem a vytvoří dvojnou vazbu. Pro tento primární alkylhalogenid
opět můžeme vyloučit SN1 a E1. Rozhodujeme se tedy
mezi SN2 a E2. Tak se podíváme na činidlo. Máme tu hydroxid sodný. Víme, že hydroxidový ion
je silný nukleofil a také silná báze. Činidla jsme dělili do kategorií
podle chování v předchozím videu. Pro primání alkylhalogenid,
který nemá sterickou zábranu, bude preferovaným
mechanismem reakce SN2. Malý nukleofil atakuje tento uhlík. Ve stejném okamžiku se
tyto elektrony přesunou na brom a vytvoří bromidový anion. Tento uhlík bude ten červený. Nakreslíme si uhlíkový řetězec. Máme tu 1, 2, 3, 4, 5 uhlíků. A tento bude ten červený. Na něj bude připojena OH skupina. Produktem této SN2 reakce bude alkohol. U dalšího primárního alkylhalogenidu
se opět rozhodujeme pouze mezi SN2 a E2. Tentokrát je činidlem
terc-butoxid draselný. A vypadá to podobně,
jako předchozí příklad, kde jsme měli hydroxid draselný. Tady máme na kyslíku záporný náboj. Takže bychom se mohli domnívat, že molekula bude reagovat
jako silný nukleofil nebo silná báze. Ale terc-butoxid draselný
je prostorově velmi objemný, kvůli této velké skupině. A kvůli této sterické zábraně
se nemůže dostat dostatečně blízko, aby mohl reagovat jako nukleofil. Můžeme tedy vyloučit mechanismus SN2,
což znamená, že nám zbyl pouze E2. Překreslím náš alkylhalogenid sem,
abychom vše lépe viděli. Brom bude směřovat sem dolů. A víme, že uhlík,
na kterém je navázaný brom, je náš alfa uhlík, takže ho tak označím. Uhlík vedle alfa uhlíku je uhlík beta. Toto je tedy náš beta uhlík. A máme také dva beta vodíky. Nakreslím sem jen jeden. Víme, že při mechanismu E2
vezme silná báze beta proton. Naše báze tedy vezme tento proton. Ve stejném okamžiku
se tyto elektrony přesunou sem. A tyto elektrony se odloučí
a vytvoří odstupující bromidový anion. Nakreslíme si tedy
náš konečný produkt. Máme pět uhlíků a pak dvojnou vazbu
mezi těmito uhlíky. Elektrony zvýrazněné fialově se
přesunuly sem a vytvořily dvojnou vazbu. V posledním příkladu se podíváme
na ethylbromid reagující s vodou. Víme, že to nebude SN1
ani E1 mechanismus. Rozhodujeme opět mezi SN2 a E2. Víme, že voda je slabý nukleofil. A je to také slabá báze. A protože je to slabá báze,
tak vyloučíme E2 mechanismus. Takže to musí být SN2. Nukleofil atakuje alkylhalogenid a vytvoří se vazba mezi kyslíkem
a tímto uhlíkem, který zvýrazním červeně. Nakreslíme tedy výsledek. Toto se děje zároveň
s přechodem elektronů na brom a vytvořením bromidového aniontu. Nakreslíme si tedy, co máme. Tento kyslík se naváže
na ten červený uhlík. Volný elektronový pár kyslíku,
jenž nakreslím fialově, vytvoří tuto vazbu. Na kyslík se stále váží dva vodíky,
tak je sem nakreslím. A stále máme na kyslíku
volný elektronový pár, takže bude mít formální náboj +1. Abychom dostali elektroneutrální produkt,
musíme jej deprotonovat. Přidá se tedy další molekula vody
a bude se chovat jako báze a vezme tento proton. Tyto elektrony zůstanou na kyslíku
a to nám dá konečný produkt. Nakreslím sem tedy OH. Dostali jsme tedy ethanol. Tato reakce potřebuje
hodně tepla a hodně času. Není to reakce využitelná v praxi. Je to proto, že SN2 reakce potřebuje silný
nukleofil a tím voda zrovna není. Kvůli tomu, že je reakce tak pomalá, můžete někdy v učebnicích najít,
že neprobíhá.