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

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.
Umíš anglicky? Kliknutím zobrazíš diskuzi anglické verze Khan Academy.

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.