Föreläsning 9 Reaktionslära II Kapitel 9.1-9.6 1) Introduktion 2) Monomolekylära nukleofila substitutioner 3) Parametrar 4) Sammanfattning 5) Exempel
1. Introduktion Vad gör senapsgas så farlig?
2. Nukleofila substitutioner Bimolekylär nukleofil substitution mekanism O δ O δ O Övergångstillstånd Transition state (TS)
2. Nukleofila substitutioner Bimolekylär nukleofil substitution reaktionskoordinatdiagram ΔG δ O δ övergångstillstånd kan inte isoleras! ΔG O ΔG O
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
2. Nukleofila substitutioner Lösningsmedlet ε dimetylformamid (DMF) 80 2O 40 C3O O N O S O aceton O 0 O Protic Aprotic
2. Nukleofila substitutioner Bimolekylär nukleofil substitution SN2 v = k [nukleofil] [elektrofil] temperatur lösningsmedel O DMF 3 C O C 3 22 C nukleofil elektrofil produkt lämnande grupp
2. Nukleofila substitutioner Summering SN2 Elektrofil (E + ) Me > 1 > 2 Nukleofil (Nu - ) stark ohindrad bas astighet v=k[nu - ][E + ] (andra ordningens reaktion) Lösningsmedel polärt aprotiskt (DMF, DMSO, Lämnande grupp svag bas Produkt inversion
2. Nukleofila substitutioner Bimolekylär nukleofil substitution SN2 v = k [nukleofil] [elektrofil] polärt aprotiskt lösningsmedel O DMF 3 C O C 3 22 C metylbromid
2. Nukleofila substitutioner Monomolekylär nukleofil substitution SN1 v = k [elektrofil] polärt protiskt lösningsmedel O 2O 22 C O 3 elektrofil
2. Nukleofila substitutioner SN1- mekanism O + O Intermediat δ δ O δ δ TS1 TS2
2. Nukleofila substitutioner SN1- mekanism ΔG δ TS1 δ O δ δ TS2 ΔG (1) ΔG (2) ΔG O
2. Nukleofila substitutioner astighetsbestämmande steg långsam ΔG (1) hastighetsbestämmande steg snabb O ΔG (2)
2. Nukleofila substitutioner astighetsbestämmande steg det långsammaste steget i en reaktion bestämmer totala hastigheten storleken på detta hål bestämmer hastigheten storleken på detta hål påverkar inte hastigheten
2. Nukleofila substitutioner Monomolekylär nukleofil substitution SN1 v = k [elektrofil] temperatur lösningsmedel O 2O 22 C O nukleofil elektrofil produkt lämnande grupp
3. Parametrar Nukleofilen nukleofilens utseende och koncentration spelar endast en liten roll för reaktionens hastighet oftast är lösningsmedlet nukleofil v = k [elektrofil]
3. Parametrar Lösningsmedlet lösningsmedlet är mycket viktigt i det hastighetsbestämmande steget bildas joner polära protiska lösningsmedel stabiliserar både anjoner och katjoner Cl δ O δ δ Na
3. Parametrar Lösningsmedlet lösningsmedlet är mycket viktigt i det hastighetsbestämmande steget bildas joner polära protiska lösningsmedel stabiliserar både anjoner och katjoner O δ δ O O δ O 2 O δ solvolys - lösningsmedlet reagerar O
3. Parametrar Lösningsmedlet lösningsmedlet är mycket viktigt i det hastighetsbestämmande steget bildas joner polära protiska lösningsmedel stabiliserar både anjoner och katjoner RO Cl RO Cl lösningsmedel relativ hastighet etanol 1 vatten/etanol (40:60) 100 vatten/etanol (80:20) 14000 vatten 100000
3. Parametrar 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 Elektrofilen alkylgrupper kan donera in elektroner (induktion) ju fler alkylgrupper desto stabilare katjon ju stabilare katjon desto snabbare reaktion C 3 C 3 3 C C 3 C 3 C 3 metylkatjon primär sekundär tertiär praktisk gräns stabilare karbokatjon snabbare SN1-reaktion
3. Parametrar Elektrofilen alkylgrupper kan donera in elektroner (induktion) ju fler alkylgrupper desto stabilare katjon ju stabilare katjon desto snabbare reaktion senare... C 3 C 3 3 C C 3 C 3 C 3 metylkatjon aryl vinyl primär sekundär allyl bensyl tertiär praktisk gräns stabilare karbokatjon snabbare SN1-reaktion
3. Parametrar Elektrofilen hastighet = 1 1 43 100 000 000 praktisk gräns
3. Parametrar Elektrofilen vinylhalogenider och arylhalogenider reagerar inte! bensylhalogenider reagerar bra!
Temperatur 3. Parametrar som en tumregel gäller att en ökning av temperaturen med 10 ger en dubblering av reaktionshastigheten problem: bireaktioner F10
Produkten 3. Parametrar karbokatjoner är plana attacken av nukleofilen kan ske från båda sidor O + O detta ger en racemisk blandning (om stereokemi)
Produkten 3. Parametrar detta ger en racemisk blandning (om stereokemi) (R) MeO 50 % (S) OMe 50 %
3. Parametrar Lämnande gruppen lämnande gruppen är mycket viktig ofta bildas en anjon O O S O lämnande grupp pka (motsvarande syra) relativ hastighet hydroxid (O - ) 16 -- fluorid (F - ) 3 1 klorid (Cl - ) -7 200 bromid ( - ) -9 10000 jodid (I - ) -10 30000 tosylat -6 60000 tosylat
3. Parametrar Lämnande gruppen lämnande gruppen är mycket viktig vatten är en bra lämnande grupp 3 O O O 2 O -, dålig lämnande grupp 2O, bra lämnande grupp
4. Sammanfattning SN2 SN1 Elektrofil (E + ) Me > 1 > 2 3 > 2 Nukleofil (Nu - ) stark ohindrad bas ofta lösningsmedlet astighet v=k[nu - ][E + ] (andra ordningens reaktion) v=k[e + ] (första ordningens reaktion) Lösningsmedel polärt aprotiskt (DMF, DMSO, polärt protiskt (2O, MeO) Lämnande grupp svag bas svag bas Stereokemi inversion racemat
5. Exempel Vilken förening reagerar snabbast i en SN1- reaktion? OEt O
5. Exempel Reagerar denna i en SN2 eller en SN1?
5. Exempel ur går detta till? 3 O O O O
5. Exempel Kemiska stridsmedel Senapsgas -svårflyktig vätska utan doft -mycket kraftig elektrofil Cl S Cl Cl S senapsgas episulfoniumjon
5. Exempel Cl S Cl senapsgas, kemiskt stridsmedel Cl N Cl kvävesenapsgas, kemiskt stridsmedel testat som cancerläkemedel dock för snabb hydrolys Cl N Cl testat som cancerläkemedel lagom snabb hydrolys för dålig löslighet Cl N Cl cancerläkemedel klorambucil OOC