Document
Föreläsning 9 • Reaktionslära II • Kapitel 9.1-9.6 1) Introduktion 2) Monomolekylära nukleofila substitutioner 3) Parametrar 4) Sammanfattning 5) Exempel F9 1. Introduktion • Vad gör senapsgas så farlig? F9 2. Nukleofila substitutioner F9 • Bimolekylär nukleofil substitution •mekanism H H Br HO H δ HO H H H δ Br H Övergångstillstånd Transition state (TS) H HO H Br 2. Nukleofila substitutioner • Bimolekylär nukleofil substitution •reaktionskoordinatdiagram δ HO ΔG H H δ Br H •övergångstillstånd kan inte isoleras! ΔG‡ H H H ΔG° Br H HO H HO H Br F9 2. Nukleofila substitutioner • Lösningsmedlet •Polaritet - ett lösningsmedelspolaritet bestäms av dielektricitetskonstanten •Protisk och aprotiska •protiska lösningsmedel har väten som är bundna till N eller O •aprotiska lösningsmedel har inte väten som är bundna till N eller O F9 2. Nukleofila substitutioner • Lösningsmedlet ε 80 dimetylformamid (DMF) H 2O O 40 S O CH3OH H N O O 0 OH Protic Aprotic aceton F9 2. Nukleofila substitutioner F9 • Bimolekylär nukleofil substitution SN2 v = k [nukleofil] [elektrofil] lösningsmedel temperatur HO nukleofil H3C Br elektrofil DMF OH 22 °C produkt CH3 Br lämnande grupp 2. Nukleofila substitutioner • Summering SN2 Elektrofil (E+) Me > 1° > 2° Nukleofil (Nu-) stark ohindrad bas Hastighet v=k[Nu-][E+] (andra ordningens reaktion) polärt aprotiskt (DMF, DMSO, CH3CN) svag bas Lösningsmedel Lämnande grupp Produkt inversion F9 2. Nukleofila substitutioner F9 • Bimolekylär nukleofil substitution SN2 v = k [nukleofil] [elektrofil] polärt aprotiskt lösningsmedel HO H3C Br DMF OH 22 °C metylbromid CH3 Br 2. Nukleofila substitutioner • Monomolekylär nukleofil substitution SN1 v = k [elektrofil] polärt protiskt lösningsmedel HO H 2O Br OH 22 °C 3° elektrofil Br F9 2. Nukleofila substitutioner • SN1- mekanism HO + Br Br OH Intermediat δ δ Br TS1 δ δ HO TS2 F9 2. Nukleofila substitutioner • SN1- mekanism ΔG δ F9 δ Br TS1 δ δ HO TS2 ΔG‡(1) Br ΔG‡(2) ΔG° OH 2. Nukleofila substitutioner F9 • Hastighetsbestämmande steg ΔG‡(1) Br långsam hastighetsbestämmande steg snabb OH ΔG‡(2) 2. Nukleofila substitutioner • Hastighetsbestämmande steg •det långsammaste steget i en reaktion bestämmer totala hastigheten storleken på detta hål bestämmer hastigheten storleken på detta hål påverkar inte hastigheten F9 2. Nukleofila substitutioner F9 • Monomolekylär nukleofil substitution SN1 v = k [elektrofil] temperatur HO lösningsmedel H 2O Br OH Br 22 °C nukleofil elektrofil produkt lämnande grupp 3. Parametrar F9 • Nukleofilen •nukleofilens utseende och koncentration spelar endast en liten roll för reaktionens hastighet •oftast är lösningsmedlet nukleofil v = k [elektrofil] 3. Parametrar F9 • Lösningsmedlet •lösningsmedlet är mycket viktigt •i det hastighetsbestämmande steget bildas joner •polära protiska lösningsmedel stabiliserar både anjoner och katjoner Cl Hδ δ H O δ Na 3. Parametrar F9 • Lösningsmedlet •lösningsmedlet är mycket viktigt •i det hastighetsbestämmande steget bildas joner •polära protiska lösningsmedel stabiliserar både anjoner och katjoner H H O δ H Br H δ O O H δ OH2 H H Oδ H •solvolys - lösningsmedlet reagerar OH 3. Parametrar F9 • Lösningsmedlet •lösningsmedlet är mycket viktigt •i det hastighetsbestämmande steget bildas joner •polära protiska lösningsmedel stabiliserar både anjoner och katjoner ROH Cl RO lösningsmedel relativ hastighet etanol 1 vatten/etanol (40:60) 100 vatten/etanol (80:20) 14000 vatten 100000 HCl 3. Parametrar F9 • Elektrofilen •en karbokatjon bildas i det hastighetsbestämmande steget •jon med positiv laddning på kol •alkylgrupper kan donera in elektroner (induktion) •ju fler alkylgrupper desto stabilare katjon •ju stabilare katjon desto snabbare reaktion 3. Parametrar F9 • Elektrofilen •alkylgrupper kan donera in elektroner (induktion) •ju fler alkylgrupper desto stabilare katjon •ju stabilare katjon desto snabbare reaktion H H H CH3 H H metylkatjon primär H CH3 CH3 sekundär praktisk gräns H3C CH3 CH3 tertiär stabilare karbokatjon snabbare SN1-reaktion 3. Parametrar F9 • Elektrofilen •alkylgrupper kan donera in elektroner (induktion) •ju fler alkylgrupper desto stabilare katjon •ju stabilare katjon desto snabbare reaktion •senare.... H H H H H metyl- aryl katjon CH3 vinyl H H3C CH3 CH3 CH3 primär sekundär allyl praktisk gräns CH3 bensyl tertiär stabilare karbokatjon snabbare SN1-reaktion 3. Parametrar • Elektrofilen hastighet = 1 1 43 praktisk gräns 100 000 000 F9 3. Parametrar • Elektrofilen •vinylhalogenider och arylhalogenider reagerar inte! Br Br •bensylhalogenider reagerar bra! Br F9 3. Parametrar • Temperatur •som en tumregel gäller att en ökning av temperaturen med 10° ger en dubblering av reaktionshastigheten •problem: bireaktioner F10 F9 3. Parametrar F9 • Produkten •karbokatjoner är plana •attacken av nukleofilen kan ske från båda sidor HO Br + Br OH •detta ger en racemisk blandning (om stereokemi) 3. Parametrar • Produkten •detta ger en racemisk blandning (om stereokemi) (R) Br MeO 50 % (S) Br OMe 50 % F9 3. Parametrar • Lämnande gruppen •lämnande gruppen är mycket viktig •ofta bildas en anjon O S lämnande grupp pKa (motsvarande syra) relativ hastighet hydroxid (HO-) 16 -- fluorid (F-) 3 1 klorid (Cl-) -7 200 bromid (Br-) -9 10000 jodid (I-) -10 30000 tosylat -6 60000 O O tosylat F9 3. Parametrar • Lämnande gruppen •lämnande gruppen är mycket viktig •vatten är en bra lämnande grupp H3O OH OH2 HO-, dålig lämnande grupp H2O, bra lämnande grupp F9 4. Sammanfattning SN2 SN1 Elektrofil (E+) Me > 1° > 2° 3° > 2° Nukleofil (Nu-) stark ohindrad bas ofta lösningsmedlet Hastighet v=k[Nu-][E+] (andra ordningens reaktion) polärt aprotiskt (DMF, DMSO, CH3CN) svag bas v=k[E+] (första ordningens reaktion) polärt protiskt (H2O, MeOH) inversion racemat Lösningsmedel Lämnande grupp Stereokemi svag bas F9 5. Exempel F9 • Vilken förening reagerar snabbast i en SN1reaktion? Br Br OEt O 5. Exempel F9 • Reagerar denna i en SN2 eller en SN1? Br 5. Exempel F9 • Hur går detta till? H3O O OH OH 5. Exempel F9 • Kemiska stridsmedel • Senapsgas -svårflyktig vätska utan doft -mycket kraftig elektrofil Cl S senapsgas Cl Cl S episulfoniumjon 5. Exempel Cl Cl Cl Cl HOOC S N N N F9 Cl •senapsgas, kemiskt stridsmedel Cl •kvävesenapsgas, kemiskt stridsmedel •testat som cancerläkemedel •dock för snabb hydrolys Cl Cl •testat som cancerläkemedel •lagom snabb hydrolys •för dålig löslighet •cancerläkemedel •klorambucil
© Copyright 2024