Föreläsning 8. Reaktionslära I Kapitel

Transkript

1 Föreläsning 8 Reaktionslära I Kapitel ) Introduktion 2) Nukleofila substitutioner 3) Parametrar 4) Praktisk användning 5) Elektrofiler och biologi

2 1. Introduktion Varför gråter vi när vi hackar lök??

3 Förra föreläsningen Alkoholers reaktioner F7 osymmetriska etrar görs med hjälp av Williamsons etersyntes Alexander Williamson Na + Na + 1 / 2 2 I ur går detta till?

4 2. Nukleofila substitutioner Bimolekylär nukleofil substitution SN2 ett enklare exempel temperatur lösningsmedel DMF 3 C C 3 22 C nukleofil elektrofil produkt lämnande grupp

5 2. Nukleofila substitutioner Bimolekylär nukleofil substitution reaktionen kan beskrivas på olika sätt. mekanism - hur reaktionen går till δ δ Övergångstillstånd Transition state (TS)

6 2. Nukleofila substitutioner Bimolekylär nukleofil substitution reaktionen kan beskrivas på olika sätt. energier - reaktionskoordinatdiagram ΔG δ δ övergångstillstånd kan inte isoleras! ΔG ΔG

7 Nukleofilen en nukleofil är ett reagens som söker positiva center de har överskott på elektroner S vätesulfid N 3 ammoniak N C cyanid bromid N N N azid I jodid acetat hydroxid F fluorid Cl klorid 2 vatten

8 Nukleofilen en nukleofil är ett reagens som söker positiva center de har överskott på elektroner negativt laddade nukleofiler är starkare än oladdade relativ hastighet

9 Nukleofilen steriska hinder sänker nukleofiliciteten nukleofiliciteten beror på lösningsmedlet

10 Lösningsmedlet ε Polaritet - ett lösningsmedels polaritet bestäms av dielektricitetskonstanten, ε vatten dimetylsulfoxid (DMS) dimetylformamid (DMF) 2 S NMe acetonitril C 3 CN 36 metanol C 3 33 etanol aceton F4 C 3 C metylenklorid C 2 Cl 2 9 ättiksyra 6 dietyleter 4 bensen 2 heptan 2

11 Lösningsmedlet Polaritet - ett lösningsmedelspolaritet bestäms av dielektricitetskonstanten Protisk och aprotiska protiska lösningsmedel har väten som är bundna till N eller aprotiska lösningsmedel har inte väten som är bundna till N eller

12 Lösningsmedlet ε Dimethylformamid (DMF) C3 N S Acetone 0 Protic Aprotic

13 Lösningsmedlet polära lösningsmedel - löser joner dåligt och fungerar därför inte bra för dessa reaktioner

14 Lösningsmedlet Polära protiska lösningsmedel - stabiliserar både katjoner och anjoner Cl δ δ δ Na

15 Lösningsmedlet Polära protiska lösningsmedel stabiliserar både katjoner och anjoner bra för SN2-reaktioner vanligtvis ökar nukleofiliciteten när vi går nedåt i periodiska systemet relativ hastighet Cl relativ hastighet 1000 S I

16 Lösningsmedlet Polära protiska lösningsmedel stabiliserar både katjoner och anjoner bra för SN2-reaktioner för samma atomslag följer nukleofiliciteten basiciteten relativ hastighet

17 Lösningsmedlet Polära protiska lösningsmedel stabiliserar både katjoner och anjoner bra för SN2-reaktioner relativ ordning: S CN > I > R > > > N 3 N 3 > Cl > RC > F > 2

18 Lösningsmedlet Polära aprotiska lösningsmedel stabiliserar bara katjoner anjonerna blir nakna kraftig ökning av reaktiviteten S Na + N 3 N 3 + lösningsmedel relativ hastighet metanol 1 vatten 7 DMS 1300 DMF 2800 C3CN 5000 (MPA)

19 Lösningsmedlet Polära aprotiska lösningsmedel stabiliserar bara katjoner anjonerna blir nakna kraftig ökning av reaktiviteten S Na nukleofiliciteten följer oftast basiciteten en stark bas är en bra nukleofil N 2 > R > > RS > CN > S > N 3 > F > Cl > > I

20 Elektrofilen 3. Parametrar Elektrofiler har elektronunderskott Den nya bindningen bildas mellan en fylld orbital i nukleofilen och en ofylld antibindande orbital i elektrofilen δ δ Övergångstillstånd Transition state (TS) δ δ

21 Elektrofilen 3. Parametrar Elektrofiler har elektronunderskott Den nya bindningen bildas mellan en fylld orbital i nukleofilen och en ofylld antibindande orbital i elektrofilen detta leder till inversion av stereokemin δ δ T D D T (S) (R)

22 praktisk gräns 3. Parametrar Elektrofilen Steriska hinder är mycket viktiga i SN2-reaktioner hastighet =

23 Elektrofilen vinylhalogenider och arylhalogenider reagerar inte! bensylhalogenider reagerar bra!

24 Temperatur som en tumregel gäller att en ökning av temperaturen med 10 ger en dubblering av reaktionshastigheten problem: bireaktioner

25 Produkten inversion av stereokemin 3. Parametrar T D D T (S) (R)

26 Den lämnande gruppen en bra lämnande grupp ska vara en svag bas S lämnande grupp pka (motsvarande syra) relativ hastighet hydroxid ( - ) fluorid (F - ) 3 1 klorid (Cl - ) bromid ( - ) jodid (I - ) tosylat tosylat

27 Den lämnande gruppen en dålig lämnande grupp kan göras om till en bra P P P F7 -, dålig lämnande grupp P2, bra lämnande grupp

28 Den lämnande gruppen en dålig lämnande grupp kan göras om till en bra 2 S 4 F7 2 S 4 + 2S4 -, dålig lämnande grupp 2, bra lämnande grupp

29 4. Praktisk användning ur vet vi om en SN2-reaktion går bra? 1) kontrollera att vare sig nukleofil eller elektrofil är steriskt hindrade 2) har du en bra lämnande grupp? 3) vilket lösningsmedel används? protiskt aprotiskt opolärt 4) är nukleofilen tillräckligt bra i detta lösningsmedel?

30 4. Praktisk användning ur vet vi om en SN2-reaktion går bra? I DMF I DMF F N 2 F N 2 Cl DMF Cl

31 4. Praktisk användning Användning för kemisk syntes R RR R X X = Cl,, I R = Methyl, 1, 2 alkyl RS R RN 3

32 5. Elektrofiler och biologi elektrofiler är skadliga för oss S N C S

33 5. Elektrofiler och biologi elektrofiler är skadliga för oss 2 C N N N 2 N N 3 C I 2 C N N 3 C N N N adenosin

34 5. Elektrofiler och biologi elektrofiler är skadliga för oss kan förstöra DNA och proteiner försvarssystem: glutation S N N N 2

35 5. Elektrofiler och biologi elektrofiler är skadliga för oss kan förstöra DNA och proteiner varningssystem: TRPA1