Sn1 и Sn2: Обобщение

В това видео ще разгледаме как се определя дали една реакция ще протече по механизъм SN1 или SN2 и какви са продуктите за тези реакции. За тази цел ще сравним SN1 и SN2 и най-напред ще разгледаме структурата на субстрата. За тази реакция долу например имаме първичен алкилхалогенид, първичен субстрат, така че ще мислим за реакция тип SN2, която изисква по-малко стерично засенчване, точно каквото имаме при първичния алкилхалогенид. В предишно видео видяхме, че при SN2 механизма нуклеофилната атака протича едновременно с отделянето на напускащата група. При тази реакция нуклеофилът ще бъде нашият разтворител, който е етанол. Нуклеофилът ще атакува и кислородът ще се свърже с този въглерод, който ще оцветя в червено. Значи нашият нуклеофил атакува, като едновременно се отделя напускащата група. Тези електрони идват при йодидният анион, който е отлична напускаща група. Ще запиша какво ще се получи. Първо е въглеродната верига, знаем, че се образува връзка между кислорода и въглерода в червено, това е този въглерод, а тези електрони ще направя в цикламено. Тези електрони образуват връзка между кислорода и въглерода в червено. Кислородът е все още свързан с тази етилова група, така че нека да направим тук тези два въглерода. Кислородът е все още свързан с този водород. Поставям тук този водород. Все още имаме несподелена електронна двойка при кислорода, поставям тук несподелената електронна двойка. Това дава формален заряд от +1 на кислорода. После ни трябва неутрална молекула за продукта, така че още една молекула етанол идва, ще я запиша ето тук. Етанолът е разтворителят. Сега етаноловата молекула ще действа като основа. Трябва ни този протон тук, а тези електрони остават при кислорода. Да видим крайния продукт. Първо е въглеродната верига. Имаме кислород. Имаме тези два въглерода. Сега имаме две несподелени електронни двойки при този кислород. Ще направя тези електрони в синьо. Втората стъпка е реакция между киселина и основа. Тук взимаме този протон и тези електрони в синьо, за да получим крайния продукт, който е етер. Обърни внимание, че не се тревожим за пространствения строеж на крайния продукт. Нямаме никакви хирални центрове, за които да мислим. Сега да видим друга реакция. При тази реакция започваме с вторичен алкилхалогенид. Ако погледнем обобщението тук за вторичен субстрат, е възможен и механизъм SN1, и механизъм SN2. Затова трябва да разгледаме още няколко неща. Първо да видим нуклеофила. Това е N+ и SH–, нека да запиша тук SH–, който ще бъде нашият нуклеофил, а това е силен нуклеофил. Отрицателният заряд при сярата го прави силен нуклеофил. За нашия разтворител видяхме по-рано във видеото, ДМСО е полярен апротонен разтворител, който благоприятства реакция SN2. Значи имаме силен нуклеофил и полярен апротонен разтворител, затова ще мислим за механизъм SN2. Знаем, че нуклеофилът атакува едновременно с отделянето на напускащата група, нуклеофилът атакува този въглерод. Отново ще направя въглерода червен. В същото време се отделя напускащата група, тези електрони отиват при брома и се образува бромиден анион. За тази реакция трябва да мислим за пространствените аспекти на реакциите SN2. Нуклеофилът трябва да атакува от срещуположната страна на напускащата група. Имаме обръщане на конфигурацията. Когато имаме хирален център, трябва да мислим за стереохимичните аспекти на реакцията. Имаме бром с удебелена черта, тук ще направя крайния продукт, имаме SH в обратна на нас посока в пространството, затова слагам прекъсната линия. Видяхме го подробно в предишно видео. Значи имаме обръщане на конфигурацията в тази SN2 реакция. Сега първо да видим алкилхалогенидите. Въглеродът, който е свързан с брома, е свързан с два други въглерода. Това е вторичен алкил халогенид. Значи можем да имаме и SN1, и SN2. Трябва да разгледаме нуклеофила и разтворителя, за да определим по кой от двата механизма ще бъде. Нуклеофилът е мравчена киселина, която е слаб нуклеофил, а водата е полярен протонен разтворител. Знаем, че тези две неща благоприятстват механизъм тип SN1. Протонният полярен разтворител водата може да стабилизира карбокатиона, който ще се получи. Значи първата стъпка е отделянето на напускащата група, като се образува карбокатион. Тези електрони идват при брома, като се образува бромиден йон и се разрушава една от връзките при този въглерод в червено. Значи въглеродът в червено получава заряд +1. Сега ще покажа получените карбокатиони. Първо е пръстенът с нашите пи-електрони. После ще означа въглерода в червено. Въглеродът в червено е този. Той трябва да има формален заряд +1. Тук ще означа още един въглерод. Този въглерод в цикламено, премествам го тук, за да виждаме по-лесно механизма. Това е вторичен карбокатион, но всъщност това е бензилов карбокатион, което го прави дори още по-стабилен, отколкото се очаква по принцип. Пи-електроните в пръстена всъщност осигуряват резонансни структури, които стабилизират положителния заряд. Няма време и място сега да го покажа, но тук имаме вторичен бензилов карбокатион, който е нашият електрофил, и следващата стъпка е нуклеофилът да атакува електрофила, като нуклеофилът тук е мравчената киселина. В мравчената киселина има два кислорода, като единият е по-нуклеофилен от другия. Оказва се, че този карбонилен кислород е по-нуклеофилен от този кислород, което ще разгледаме по-подробно след няколко минути, а сега просто ще покажем, че нуклеофилът атакува електрофила. Една несподелена двойка електрони при кислорода ще образува връзка с този въглерод в червено. Сега ще покажа резултата от нуклеофилната атака. Имаме бензенов пръстен, ще го направя тук. въглеродът в червено е ето този. Сега ще покажа електроните на кислорода. Тази несподелена двойка електрони в синьо образува връзка с въглерода в червено. Сега ще покажа и кислорода. Кислородът все още има несподелена двойка електрони и е свързан с двойна връзка с въглерода, който е свързан с водород. Отдясно имаме нашия кислород и водород. Сега имаме формален заряд +1 при кислорода. Значи този кислород има формален заряд +1. А продуктът е резонансно стабилизиран, така че можем да преместим несподелената двойка електрони тук, и да притеглим тези електрони към кислорода. Сега ще покажа резултата тук. Поставям нашите резонансни скоби и стрелката за резонанс. Имаме бензенов пръстен, първо ще го направя него. Имаме четири въглерода. Имаме връзка с този кислород, а тази несподелена двойка електрони ще поставя при горния кислород. Сега към този въглерод има само една връзка. Поставям водородите, а двойната връзка сега е ето тук. Нека да напиша всичко. Ще покажа движението на електроните. Първо започваме с тези електрони, които ще направя в цикламено. Те се преместват тук, за да образуват двойна връзка. После ще оцветя тези електрони в червено. Те идват при кислорода ето тук. Сега имаме формален заряд +1 при този кислород. Продуктът от нуклеофилната атака на карбонилния кислород е резонансно стабилизиран. И сега за да стигнем до нашия продукт, трябва само да си представиш, че имаме една основа като водата, че можем да вземем този протон и после тези електрони остават тук при този кислород. И сега ще покажа нашия продукт. Имаме бензенов пръстен, ето го. Тук ще имаме кислород. Тук ще имаме карбонил и после водород. Този кислород има две несподелени двойки електрони, както и този тук. Можем да оцветим някои от тях. Ще ги направя зелени. Тези електрони в зелено отиват при кислорода и получаваме нашия продукт. Обърни внимание, че в продуктите има хирален център. Този въглерод тук е хирален център. Имаме четири различни групи, свързани с него. Можем да очакваме рацемична смес. Ще получим и двата енантиомера, защото ако се върнем при карбокатиона, този карбокатион е равнинен, а нуклеофилът може да атакува от всяка от двете страни. Ако се чудим защо този кислород не е така нуклеофилен като карбонилния кислород, нека да покажа резултата, който би се получил, ако този кислород атакува положително заредения въглерод. Първо нашият бензенов пръстен. Можем да образуваме връзка между кислорода и.... ще означа въглерода, който беше в червено по-долу, това е въглеродът в червено. Ще покажа тази несподелена двойка електрони, които образуват връзка с този въглерод. Това е свързано с този кислород, а кислородът е свързан с този карбонил, който е свързан с водород. Кислородът все още има един водород и една несподелена двойка електрони. Тук все още има водород при него и несподелена електронна двойка. Това дава на кислорода формален заряд +1. Забележи, че този положително зареден кислород е точно до карбонилния въглерод, а ние знаем, че карбонилният въглерод е частично положително зареден, защото карбонилният кислород изтегля електронна плътност от него. Значи имаш положително зареден кислород до частично положително зареден въглерод, което означава, че те ще се отблъскват. Тези два положителни заряда един до друг ще дестабилизират тази структура. Това е причината защо този кислород не е нуклеофил. Карбонилният кислород е. Сега да видим последния пример. За този алкил халогенид, това е третичен алкил халогенид, а третичен субстрат означава, че ще мислим за механизъм SN1. Първата стъпка е отделянето на напускащата група. Тези електрони отиват при йодидния анион а разкъсаната връзка при този въглерод в червено образува карбокатион. Ще си направя малко място. Тук долу ще направя карбокатиона. Имаме пръстен с шест атома, ще направя шестатомен пръстен тук. Въглеродът в червено е този, така че въглеродът получава формален заряд +1. Имаме третичен карбокатион, който е относително стабилен карбокатион. В следващата стъпка нуклеофилът атакува електрофила, като нуклеофилът е нашият разтворител, който е метанол. Нашият нуклеофил атакува електрофила. Кислородът образува връзка с този въглерод в червено. Ще покажа резултата от нуклеофилната атака. Поставям тук този пръстен, премествам метиловата група, за да направя място за кислорода. Това е кислородът. Ще означа въглерода в червено. Ще оцветя и някои електрони. Тези електрони в цикламено образуват тази връзка между кислорода и въглерода в червено. Кислородът все още е свързан с водород и метилова група, ще ги поставя тук. Това е нашият водород, а това е нашата метилова група. Все още имаме несподелена електронна двойка при кислорода, поставям тук тази несподелена електронна двойка, от което кислородът получава формален заряд +1. За да стигнем до нашия продукт, нуждаем се от неутрален продукт, затова идва друга молекула метанол, но сега вместо нуклеофил тя действа като основа и отнема този протон. Ето това е молекулата метанол, тя отнема този протон и оставя тези електрони на кислорода. И сега ще напиша крайния продукт. Това е нашият пръстен... ще се преместя малко. В нашия пръстен имаме метилова група и кислород и още една метилова група, две несподелени електронни двойки при този кислород. Ще ги покажа тези електрони. Тези електрони тук в синьо остават при кислорода, за да получим крайния продукт. Забележи, че в крайния продукт нямаме хирални центрове, така че няма да се тревожим за определяне на пространствения строеж.