Нуклеофилно ацилно заместване

Сега ще разгледаме общият механизъм на нуклеофилно ацилно заместване. Тук имаме производно на карбоксилна киселина и знаем, че този въглерод тук е електрофилната част на нашата молекула. Той е частично положителен. Кислородът е изтеглил част от електронната плътност. Разглеждахме относителната реактивоспособност на производните на карбоксилните киселини в предишното видео. Този въглерод тук ще бъде атакуван от нуклеофила. Нуклеофилът атакува тук, тези електрони отиват при кислорода. Сега ще покажем резултатите от това. Тук ще имаме R група, ще имаме въглерод, както и тук отляво ще има кислород с три несподелени електронни двойки, поради което има заряд –1. Сега да кажем, че тези електрони в цикламено отиват при кислорода, имаме заряд –1. Тук отдясно имаме заместител Y, като сега нуклеофилът е свързан с този въглерод. Ще направя тези електрони сини. Тези електрони в синьо атакуват карбонилния въглерод и се образува тази връзка. За да отидем от нашето тетраедрално междинно съединение тук до крайния продукт, трябва да възстановим карбонила. Тези електрони трябва да се преместят тук, а после ще изтласкат тези електрони при Y заместителя и ще се получи... ако започнем с... Тук сега е Y –. Имаме отрицателен заряд при Y, когато тези електрони се преместят при него. Ще направя тези електрони в зелено. Тези електрони отиват тук при Y, който получава заряд –1. Това е напускащата група. Можем да видим резултата. Крайният резултат е да заместим с нуклеофила Y заместителя и тази част тук се нарича ацилна група. Имаме нуклеофилно ацилно заместване, където нуклеофилът замества Y групата. Има няколко аспекта на този механизъм, които трябва да разгледаме. Вече обсъждахме реактивоспособността на производните на карбоксилите киселини в предишното видео. Как се отразява заместителят на реактивоспособността? Как влияе на частичния положителен заряд на карбонилния въглерод? Видяхме, че ацилхлоридите са най-реактивоспособни. Сравнихме индуктивния ефект и резонансния ефект при производните на карбоксилните киселини. Други неща, които могат да повлияят на механизма, едно такова е стеричното пречене. Когато разглеждаме тази R група в производното на карбоксилна киселина, ако R групата е метилова в сравнение с терт-бутилова, терт-бутиловата група ще води до по-голямо стерично пречене, тя е много по-голяма. Това пречи на нуклеофила да атакува. Стеричните взаимодействия трябва да се имат предвид. Реактивоспособността на производното на карбоксилна киселина трябва да се има предвид. Силата на нуклеофила е другото нещо, за което да разсъждаваме. Искаш силен нуклеофил да атакува карбонилния въглерод. В това видео ще се фокусираме основно върху напускащата група, върху стабилността на напускащата група. Искаш да е нещо, което е стабилно и има отрицателен заряд –1. Много по-вероятно е да напусне, ако е стабилна група. Сега да видим пример, в който да определим напускащата група, коя е най-стабилна и защо. Да разгледаме тази реакция тук. Имаме ацилхлорид. Имаме ацетилхлорид и после той реагира с натриев формат. Ацетилхлорид, това е реактивната част на молекулата, където кислородът е по-електроотрицателен, хлорът е по-електроотрицателен, което означава че този въглерод ето тук е частично положителен. Това е нашият електрофил. Нуклеофилът е натриев формат. Имаме отрицателен заряд –1 при кислорода, като това ще бъде нуклеофилът, който атакува електрофила. Тези електрони ще отидат при кислорода и сега ще покажа тук междинното съединение. Тук е кислородът, сега имаме три несподелени електронни двойки, отрицателен заряд –1. Нека да проследим тези електрони. Тези електрони в цикламено отиват при кислорода и какво друго имаме свързано с този въглерод? Тук имаме СН3 отляво. Отдясно имаме хлор. Сега ще покажа несподелените електронни двойки при хлора. Сега този кислород е свързан с този въглерод. Ще довърша това и ще поставя несподелените електронни двойки при кислорода. Нека да е последователно. Тези електрони ще са в синьо, като се образува връзка между този въглерод и този кислород. Имаме тетраедрално междинно съединение. Знаем, че следващата стъпка в механизма е нуклеофилно ацилно замесване, като се възстановява карбонила. След като се възстанови карбонила не можем да имаме пет връзки при този въглерод. Значи нещо ще напусне като напускаща група. Има няколко възможности. Едната възможност е тези електрони да отидат при хлора, за да се образува хлориден анион като напускаща група. Сега ще напиша това тук като една от възможностите. Хлоридният анион може да напусне, имаме отрицателен заряд –1 при хлоридния анион. Това е едната възможност. Друга възможност е при възстановяването на карбонила тези електрони в синьо да се върнат при кислорода, при което получаваме форматен анион. Това е другата възможност. Ще я скицирам тук. Другата възможност е мравчен анион като напускаща група. Ще напиша това с Н ето тук. Трета възможност е тези електрони да дойдат при това СН3, при което се образува карбанион. Ще напиша тук СН3, несподелена електронна двойка, заряд –1. Това са трите възможни напускащи групи. За да определим коя от тях е най-добрата напускаща група, добър начин е да разгледаме спрегнатата киселина. Спрегнатата киселина на хлоридния анион е HCl. Записвам тук HCl. Мога да поставя несподелените електронни двойки. Спрегнатата киселина на мравчения анион е мравчена киселина, така че тук ще запиша мравчена киселина. Записвам мравчена киселина. Спрегнатата киселина на карбанинона е метан, значи тук е СН4. Когато сравним рКа стойностите на тези киселини, рКа на солната киселина е около –7; рКа на мравчената киселина е около 5, а рКа на метана или на алканите принципно е някъде около 50. Имаме тези различни стойности за рКа. Спомни си какво ни казва стойността на рКа. Колкото по-ниско е рКа, толкова по-силна е киселината. Значи като се движим насам се увеличава киселинността. Солната киселина е най-киселинна от тези три киселини, които разглеждаме. Защо е най-киселинна? Тя е най-киселинна, защото най-много иска да отдаде протон. Тя най-много иска да отдаде протон, защото спрегнатата ѝ основа, хлоридният йон, е изключително стабилен сам по себе си. Стабилността на хлоридния анион означава, че солната киселина е най-вероятно да отдаде протон. Намерихме отговора. Знаем, че холридният анион е най-стабилен от тези три възможни напускащи групи. Разбрахме това, като сравнихме рКа на спрегнатите киселини. Ако се върнем към механизма, най-вероятно е да се отдели хлориден анион. Тези електрони тук в зелено ще отидат при хлора и можем да покажем сега крайния продукт. Когато се възстанови карбонилът, тук отляво имаме СН3 а после тук отдясно имаме кислород и това е... после имаме тук това и после е този водород. Това е крайният продукт и сега ще покажа хлоридния анион като напускаща група. Отрицателен заряд –1 при хлоридния анион. Електроните в зелено идват заедно с напускащата група и получаваме крайния продукт, койте е киселинен анхидрид. Ако искаме да именуваме този анхидрид, това е оцетено-мравчен анхидрид. Получихме киселинен анхидрид от ацилхлорид и разглеждахме стабилността на напускащата група, така че хлоридният анион е най-стабилната напускаща група. Като цяло, можем да сравним рКа стойностите на спрегнатите киселини. Можем да наречем тези рКа, а после ако искаш, Н-стойности, т.е. рКаН, което просто означава рКа на спрегнатата киселина. Когато разглеждаме напускащите групи, ако вземеш рКа на спрегнатата киселина, колкото по-ниско е рКаН, толкова напускащата група е по-добра. И като се движиш насам, напускащите групи стават по-добри. Следователно хлоридният анион е по-добра напускаща група от мравчения анион, който е по-добра напускаща група от карбаниона тук. Това е много добър начин за разглеждане на напускащите групи в механизма. Разглеждаме спрегнатата киселина и нейното рКа.