SN1 и SN2 реакции с алкохоли

Да разгледаме няколко реакции на нуклеофилно заместване при алкохоли. Предполагам, че познаваш вече механизмите SN1 и SN2. Ще започнем с първичен алкохол. Това е етанол. Това е първичен алкохол, защото въглеродът, който е свързан с ОН-групата е свързан само с един друг въглерод. Първичните алкохоли реагират с HBr и се получава алкилбромид, като процесът е SN2. HBr е силна киселина и имаме етанол, който ще действа като основа, така че първата стъпка е присъединяване на протон към кислорода. Тук имаме трансфер на протон. Несподелената електронна двойка на кислорода взима този протон, а тези електрони остават при брома, така че се получава бромиден анион. Имаме бромиден анион с формален заряд –1. Тези електрони тук в синьо, да кажем, че са тези електрони тук, при бромидния анион. Кислородът присъединява протон. Ще покажа протона, който се присъединява към този кислород. Тук все още има несподелена електронна двойка при този кислород, което дава на кислорода формален заряд +1. Тези електрони в цикламено тук при този кислород присъединяват този протон и тук се образува връзка. Сега да разгледаме механизма SN2. При механизъм SN2 ни е нужен нуклеофил и електрофил, като имаме и напускащата група. Причината да присъединяваме протон към кислорода е, че получаваме по-добра напускаща група. Ако просто имаме нуклеофилна атака към етанола тук, ще имаме хидроксид като напускаща група. Това не е добра напускаща група. Тук имаме вода като напускаща група, което ще видим само след секунда. Това спомага за протичането на процеса. Да разгледаме този кислород тук, който привлича електронна плътност от този въглерод, който току-що оцветих в червено. Този въглерод в червено е електрофилен протон. Нуклеофилът ще атакува електрофила, така че бромидният анион ще действа като нуклеофил и ще атакува електрофила, при което ще се получи връзка между брома и този въглерод. Същевременно тези електрони тук ще дойдат при кислорода. Спомни си, че механизмът SN2 е синхронизиран механизъм. Връзката се образува едновременно с разкъсването на тази връзка и електроните се отделят с напускащата група. Затова, когато пишем крайния продукт, получава се етилбромид или брометан. Нека да сложим нашите електрони тук. Така че тези електрони в синьо образуват връзка между въглерода и брома. Това е въглеродът в червено тук долу, и се получава брометан. Получава се и вода. Сега ще напиша водата. Значи Н2О, която е добра напускаща група, защото молекулата на водата е стабилна. Сега да разгледаме тези електрони в зелено тук, които идват при кислорода и получаваме вода. При механизъм SN2 понякога можеш да разглеждаш стереохимията, но не и за този пример. Защото въглеродът в червено тук, ето този въглерод в червено тук не е хирален център. Има два водородни атома, свързани с въглерода в червено, и това е единственият продукт. Това е единственото нещо, за което да мислим. Така че брометан е крайният резултат. Сега да разгледаме друга реакция тип SN2. Сега ще вземем вторичен алкохол. Значи имаме нашия вторичен алкохол. Въглеродът, който е свързан с ОН, е свързан с други два въглерода, затова е вторичен алкохол. В предишно видео видяхме, че алкохолите реагират с тосилхлорид и пиридин, за да се получи тосилат. Сега ще напиша продукта. В първата стъпка се образува тосилат. Запазваме пространствения строеж. Тук имаме удебелена черта, имаме удебелена черта и тук. Имаме кислород и после пишем само TS съкратено. В предишното видео разгледахме това много подробно. Отново, това ни дава по-добра напускаща група. В предишната реакция присъединихме протон към кислорода, което дава много по-добра напускаща група, и тук имаме отлична напускаща група. Това е причината да използваме тосилати. Във втората стъпка ще добавим натриев бромид и отново ще имаме механизъм тип SN2. Нуклеофилът ще атакува електрофила. Можем да определим нашия електрофил. Това е въглеродът, свързан с кислорода. Кислородът притегля електронна плътност от този въглерод, така че това е нуклеофилната част на молекулата. И отново бромидният анион ще действа като нуклеофил. Това е нашият бромид и аз ще оцветя тази несподелена електронна двойка тук в синьо. Нашият бромиден анион атакува нашия електрофилен въглерод и се образува връзка. В същото време тези електрони отиват при кислорода. Пак повтарям, SN2 механизма протича едновременно. Тук обаче трябва да обърнем внимание на стереохимията. Тук имаме две удебелени черти. Имаме тази удебелена черта, значи тази част е насочена към нас в пространството. Затова бромидният анион трябва да атакува от другата страна. Щом атакува от отсрещната страна, когато записвам крайния продукт, това ще покажем с прекъсната черта. Значи бромидът атакува от отсрещната страна, заради което конфигурацията се обръща. Имаме обръщане на абсолютната конфигурация. Когато определяш абсолютната конфигурация, за изходния алкохол това ще бъде R. Хиралният център ще бъде точно тук. Този въглерод е хирален център и този въглерод е хирален център в нашия продукт, и в продукта ще се получи S енантиомер ето тук. Значи се получи S-енантиомер сега, а започнахме с R-енантиомер. Това е обръщане на конфигурацията при механизъм SN2, защото нуклеофилът трябва да атакува от другата страна. Да видим още примери. Да видим SN1 реакция с третичен алкохол. Да видим това. Тук имаме тертбутилов алкохол или тертбутанол, който реагира с концентрирана солна киселина. Концентрираната солна киселина ще действа като киселина. Алкохолът ще действа като основа. Ще подчертая факта, че това ще бъде реакция тип SN1, защото имаме третичен алкохол. Въглеродът, свързан с ОН, е свързан с три други въглеродни атома. Така че алкохолът действа като основа, присъединява един протон и получаваме хлориден анион тук. Нека да го запиша. Имаме хлориден анион, формален заряд –1. Сега ще направя тези електрони в синьо като преди. Тези електрони тук, да кажем, че са тези електрони. Хлориден анион. Присъединяваме протон към кислорода, нека да го напиша. Ако присъединим протон към кислорода, сега имаме тертбутилова група тук, присъединяваме протон към кислорода, така че имаме заряд +1 при този кислород, нека да го напиша. Значи заряд +1 при този кислород. Електроните в цикламено тук са присъединили този протон. Нека да е тази връзка ето тук. И отново имаме отлична напускаща група, както говорихме по-рано. Водата е отлична напускаща група. Така че в механизма SN1 тези електрони ще дойдат при кислорода и получаваме вода. Получаваме и карбокатион. Заряд +1 при този въглерод тук. Въглеродът в червено получава заряд +1, така че това е този въглерод, който губи една връзка. Затова ще оцветя тези електрони, които той губи. Така че тези електрони тук отиват при кислорода и се получава вода. Затова тук ще напишем вода. Затова тук се отделя вода. Така че Н2О, и електроните в зелено при този кислород тук и се получава Н2О. Като вземем една връзка от въглерода в червено, се получава карбокатион. Това е стабилен карбокатион. Това е третичен карбокатион. Ето защо този третичен алкохол реагира в реакция SN1, поради стабилността на карбокатиона. В последната стъпка нуклеофилът ще атакува електрофила. Така че нуклеофилът атакува нашия електрофил. Хлоридният анион атакува нашия карбокатион, атакува този въглерод и се получава крайния продукт, който е тертбутил хлорид. Сега ще поставя тези електрони тук и ще оцветя някои от тях. Тези електрони са сини. Те образуват връзка. Образуват връзка ето тук. Сега нека да оцветя този въглерод в червено. Въглеродът в червено е ето този тук. Получава се тертбутил хлорид и се отделя вода в процеса. Това е много лесна реакция. Протича при стайна температура и е нужно само към тертбутанола да добавим солна киселина, и просто да разклатим, при което се получава крайния продукт. Когато разглеждаме стереохимията и механизма SN1, въглеродът в червено тук не е хирален център и не трябва да се тревожим какъв ще е стереохимичният строеж на продукта. Така че това е нашият краен продукт. Няма стереохимия. И само да си припомним, при SN1 реакциите... поради образуването на този карбокатион, този въглерод и карбокатиона са sp2-хибридизирани, така че това е планарно. Затова, когато рисуваме този въглерод в червено тук, да кажем, че това е въглеродът в червено. Той е sp2-хибридизиран, което означава, че въглеродните атоми, които са свързани директно с него, лежат в една равнина. Значи тези въглероди лежат в една равнина. sp2-хибридизация с р-орбитала. Това е р-орбиталата. Нека да я скицирам. Тук при този въглерод има заряд +1. Така че, когато нуклеофилът атакува, може да атакува от двете страни на тази равнина. Нуклеофилът може да атакува от тази страна, или може да атакува от тази страна. Така че, ако крайният продукт има хирален център, трябва да внимаваш за стереохимията. Но не и в този случай. В този случай няма хирален център. Затова го пренебрегваме. Това беше доста лесно. Това бяха няколко примера с реакции SN1 и SN 2 с алкохоли.