Hlavní obsah
Kurz: Organická chemie > Kapitola 5
Lekce 5: SN1 a SN2- Rozpoznávání nukleofilních a elektrofilních center
- Jak správně používat zahnuté šipky v organické chemii
- Úvod do mechanismů organických reakcí
- Názvosloví a typy alkylhalogenidů
- Mechanismus SN1 reakcí: Kinetika a vliv výchozí látky
- Mechanismus SN1 reakcí: Stereochemie
- Úvod do stability karbokationtů a jejich přesmyků.
- Procvičování přesmyku karbokationtů
- Mechanismus SN1 reakcí: Přesmyk karbokationtu
- SN1 přesmyk karbokationtu (pokročilý)
- Mechanismus SN2 reakcí: Kinetika a vliv výchozí látky
- Mechanismus Sn1 reakcí: Stereospecificita
- Sn1 a Sn2: odstupující skupina
- SN1 versus SN2: Vliv rozpouštědla
- SN1 versus SN2: Shrnutí
Mechanismus Sn1 reakcí: Stereospecificita
Jakým způsobem se může změnit konfigurace uhlíku po nukleofilním ataku v rámci SN2 reakce.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
V předchozím videu jsme probírali
mechanismus reakce SN2. Hydroxidový anion je nukleofilem,
který atakuje elektrofil. Jelikož SN2 mechanismus je součinný, nukleofil atakuje elektrofil současně
s odstoupením odstupující skupiny. Brom odstupuje ve formě
bromidového aniontu, zatímco hydroxidový anion
nahrazuje odstupující skupinu. Ve výsledku získáváme hydroxylovou
skupinu navázanou na uhlíkatý řetězec. V tomto videu se podíváme
na stereospecifitu SN2 reakcí. Stereospecifita znamená, že stereochemie
reaktantu určuje stereochemii produktu. Podívejme se na tuto výchozí látku. Vidíme, že tento uhlík
má centrum chirality. Atom bromu směřuje k nám. Proto je konfigurace na tomto
centru chirality typu R. Produkt reakce také má centrum chirality. Ale teď vidíme, že hydroxylová
skupina směřuje od nás, a proto j konfigurace
na tomto centru chirality typu S. Prostorové uspořádání produktu je určeno
uspořádáním výchozí látky. Je to vlastnost SN2 mechanismu, že během
reakce dochází k inverzi konfigurace. Napíši to sem,
inverze konfigurace. Z původní R konfigurace
získáváme S konfiguraci. To znamená, že atak nukleofilu
probíhá z opačné strany, než odstupuje odstupující skupina. To je v souladu
s SN2 mechanismem. Jedním z důvodů je skutečnost,
že atom bromu je relativně velký, a má vedle sebe velkou,
elektronovou hustotu, která je způsobená
volnými elektronovými páry. Tato elektronová hustota odpuzuje
záporně nabitý nukleofil, který proto musí přistoupit z opačné
strany, než je odstupující skupina. Tato podmínka pravě vede
ke vzniku inverzní konfigurace. V dalším videu
pomoci modelů ukáži, jak probíhá transformace
R-2-brombutanu na S-butan-2-ol. Zde je R-2-brombutan,
ve kterém má brom žlutou barvu. Nepřidal jsem vodíky alkylových skupin,
aby model vypadal přehledněji. Otočíme modelem a podíváme se
na centrum chirality. Na tomto uhlíku máme
tetraedrické uspořádání. Zde je methylová skupina,
směřující k nám a vodík směřující od nás. Ethylová skupina jde dolů,
brom směřuje doprava. máme nukleofil, který
se snaží atakovat tento uhlík. Hydroxidový anion se přibližuje
k substrátu z opačné strany, než je odstupující skupina. Dále se podíváme
na tranzitní stav. Všimněte si, že pořád máme methyl
směřující v prostoru k nám, vodík směřující od nás, ethylovou skupinu
dolů a halogen vpravo. Ale teď tu máme i částečnou vazbu
mezi kyslíkem a uhlíkem. Z opačné strany máme částečnou vazbu
mezi uhlíkem a halogenem. Podíváme-li se na centrální atom, vidíme tři substituenty:
methyl, vodík a ethyl. Tyto tři skupiny leží v jedné rovině. Otočím model, aby bylo vidět,
že leží v jedné rovině. V tranzitním stavu máme současně
zanikající a tvořící se vazbu. Porovnáme tento model tranzitního stavu
s modelem finálního produktu reakce. Zde je alkohol, produkt reakce. Máme pořád methylovou skupinu
směřující v prostoru k nám. Máme vodík směřující od nás, hydroxylovou skupinu vlevo
a ethylovou skupinu dolů. Tohle je jeden ze způsobů
představy finálního produktu. Malým otočením molekuly
narovnáme uhlíkový řetězec. Hydroxylová skupina teď
směřuje k nám. Je to další ze způsobů,
jak se dívat na produkt. Můžu ještě víc otočit modelem
tímto způsobem, aby hydroxylová skupina
směřovala od nás. Takovým způsobem byl nakreslen
produkt v původní reakční rovnici. Nakreslíme to,
co jsme viděli ve videu. Hydroxidový anion v roli
nukleofilu atakuje tento uhlík. Současně s tím tyto elektrony
odstupují na brom. Nakreslíme tranzitní stav. Naznačím hranaté závorky. Nakreslím hydroxylovou skupinu
s volnými elektronovými páry. Vidíme, že částečná vazba se vytváří
mezi kyslíkem a tímto uhlíkem. Ve videu jsme viděli, že methylová skupina
v prostoru směřuje k nám takže ji kreslím směrem k nám. Vodík směřuje od nás
a ethylová skupina jde dolů. Tyto substituenty, methyl, ethyl
a vodík leží v jedné rovině. Současně s tím máme částečnou vazbu
mezi uhlíkem a odstupující skupinou. Nakreslím volné elektronové páry bromu. Tohle je tranzitní stav. Tranzitní stav se označuje tímto
malým symbolem nahoře vpravo. Nakreslím to. Hydroxidový anion nesl
původně celý záporný náboj, ale nyní tvoří částečnou
vazbu s uhlíkem, a tím získává částečný záporný náboj,
protože ztratil část elektronové hustoty. Tím, jak elektrony přestupují na brom,
aby vytvořily bromidový anion, získáváme větší a větší
záporný náboj na atomu bromu. Přidáváme sem
parciální záporný náboj. V tranzitním stavu nukleofil vytváří
vazbu s atomem uhlíku. Zároveň dochází k roztržení vazby
uhlíku s odstupující skupinou. Nyní už nakreslíme
produkt reakce. A stejně jako ve videu naznačím,
že methylová skupina pořád směřuje k nám, takže kreslím ji směrem k nám. Máme methylovou skupinu. Atom vodíku pořád směřuje od nás
a ethylová skupina jde dolů. Kreslím ethylovou skupinu. A teď máme nakreslit
hydroxylovou skupinu. Vrátili jsme se
k tetraedrickému uspořádání. Tento uhlík je centrem chirality,
a má okolo sebe tetraedrické uspořádání. V tranzitním stavu mají tři
substituenty planární uspořádání. Ale v produktu jsme se vrátili
k tetraedrickému uspořádání. Tohle je jeden ze způsobů,
jak kreslit produkt. Ukazoval jsem otočení molekulou a
nahlížení na molekulu z takového pohledu, že uhlíkový řetězec vypadá tak,
že hydroxylová skupina směřuje k nám. To je to samé, jako bychom
otočili modelem tak, aby uhlíkový řetězec
vypadal jak na obrázku. Hydroxylová skupina
směřuje od nás. To jsou tři různé způsoby,
jak ukázat S-butan-2-ol. Podíváme se na další
stereospecifickou SN2 reakci. Pokusíme se přijít na produkt. Nejprve řeknu, že tento ion je záporně
nabitý, takže musí být nukleofilem. Ve výchozí látce vidíme chlor, který odtahuje elektronovou hustotu
z tohoto atomu uhlíku, protože chlor má větší elektronegativitu. To znamená, že uhlík
je částečně kladné nabitý. Nukleofil bude atakovat elektrofil. Současně s tím tyto elektrony budou
odstupovat na atom chloru, a tím vytvářet chloridový anion. To probíhá během SN2 reakci
a teď se podíváme na stereochemii. Víme, že nukleofil
atakuje z opačné strany, než je situovaná odstupující skupina,
a tím získáváme inverzní konfiguraci. Proto kreslím uhlíkový řetězec
produktu stejným způsobem, jak to bylo ve výchozí látce. Protože chlor v prostoru
směřoval od nás, teď kreslíme vazbu
s nukleofilem směrem k nám. Přidávám thiolovou skupinu. A to je finální produkt. V jednoduchých systémech
bude docházet k inverzi konfigurace. Začínáme-li reaktantem s konfigurací R,
získáváme produkt s konfiguraci S. Začínáme-li s konfigurací S,
získáváme konfiguraci R. Nemusí to však platit vždy. Podíváme se na tuto reakci. Vlevo máme výchozí látku. Je to SN2 reakce, ve které
je nukleofilem methoxidový anion. Nakreslím to. Máme kyslík, máme methylovou skupinu
a záporný náboj na kyslíku. Nukleofil bude atakovat parciální
kladný náboj na uhlíku. Nukleofil atakuje elektrofil, a zároveň dochází ke ztrátě
odstupující skupiny. Bromidový anion je zde
nejlepší odstupující skupinou. Tyto elektrony přestoupí na brom,
vytvoří se bromidový anion. A zároveň vzniká vazba
mezi kyslíkem a uhlíkem. Tento volný elektronový pár
kyslíku vytváří vazbu, a tím vzniká produkt. Probereme stereochemii této reakce
a nejprve se podíváme na výchozí látku. Tento uhlík je centrem chirality, a proto určím pořadí priority substituentů
na tomto centru chirality. Brom má nejvyšší atomové číslo,
proto má nejvyšší prioritu. Dále máme fluor, který
má druhou nejvyšší prioritu. Třetí je methylová skupina, a vodík směřuje od nás
a je skupinou s nejnižší prioritou. Jdeme ve směru klesající priority,
což je proti směru hodinových ručiček a proto máme S konfiguraci
naší výchozí látky. V produktu budu používat jiné barvy,
aby to bylo odlišné. Tento uhlík je centrem chirality, na něm
určujeme pořadí priority substituentů. Teď má nejvyšší atomové číslo fluor,
proto má nejvyšší prioritu. Druhou nejvyšší prioritu má kyslík, za ním sleduje uhlík,
posledním je vodík. Jdeme ve směru klesající priority,
a zase získáváme konfiguraci S. To je příklad SN2 reakce, ve které
nukleofil atakuje z opačné strany, než je odstupující skupina. Z hlediska mechanismu pořád
získáváme inverzní konfiguraci. Ale ve skutečnosti inverzní
konfiguraci nezískáváme, protože už máme jiné
pořadí priority substituentů. Tím, že odstupuje brom, se fluor
stává skupinou s nejvyšší prioritou, a proto je výsledná
konfigurace opět S.