Sn2 механизъм: стереоспецифичност

В последното видео разгледахме механизма на реакцията SN2. Хидроксидният йон ще действа като нуклеофил и ще атакува електрофила точно тук при този въглерод. И тъй като SN2 механизма е паралелен, нуклеофилът атакува електрофила и същевременно напускащата група се отделя. Бромът се отделя като бромиден анион, а ОН, нуклеофилът, замества напускащата група. В крайния продукт имаме ОН-група, свързана с въглеродната верига. В това видео ще разгледаме стерео специфичността на реакциите SN2. Това означава просто, че пространственият строеж на реактантите определя пространствения строеж на продукта. Например, ако разгледаме субстрата, знаем, че този въглерод е хирален център. А връзката с брома е изобразена с удебелена чертичка. Той сочи към нас в пространството. Следователно конфигурацията на този хирален център е R. Разглеждаме продукта и виждаме, че това е хиралният център. Но сега в пространството ОН-групата се отдалечава от нас и конфигурацията на този хирален център е S. Пространственият строеж на продукта се определя от стереохимията на реактанта. Причината за това е SN2-механизма. Наблюдаваме обръщане на конфигурацията. Ще го запиша. Обръщане на конфигурацията. Преминаваме от конфигурация R тук към конфигурация S. Това означава, че нуклеофилът може да атакува само от страната, която е противоположна на напускащата група и това съответства на нашия SN2-механизъм. Един начин за разглеждане на това е, че бромът е сравнително голям и около него има сравнително голямо количество електронна плътност, всички тези несподелени електронни двойки. Това ще отблъсне отрицателно заредения нуклеофил, който трябва да се приближи от противоположната страна на напускащата група. Това изискване означава, че имаме обръщане на конфигурацията. След това ще видим видео, където ще използвам модел, за да покажа как бромбутана се превръща в S2-бутанол, като се надявам да бъде много по-очевидно. Това е R2-бромбутан и съм направил бромът жълт. Пропуснах водородите от алкиловите групи, за да можем да виждаме по-ясно. Ако обърна малко модела и разгледаме нашия хирален център, около този въглерод имаме тетраедрална геометрия. Тук имаме метилова група, която сочи към нас в пространството, един водород се отдалечава от нас в пространството. Етиловата група сочи надоли и бромът сочи надясно. Вземам нуклеофила, който се опитва да атакува този въглерод. Хидроксидният йон трябва да се приближи до субстрата от противоположната страна на напускащата група. Сега да видим преходното състояние. Обърни внимание, че все още имаме метилова група, която сочи към нас в пространството, водород, който се отдалечава от нас, етилова група надолу и халоген надясно. Но сега тук има частична връзка, която се образува между кислорода и този въглерод. Има и частична връзка между халогена и този въглерод. Сега ако погледнем този централен въглерод тук и тези три заместителя, метиловата, водорода и етиловата група, всички тези 3 групи са в една равнина. Ако завъртя това малко, ще можеш да видиш, че са в една равнина. При преходното състояние се образува връзка докато друга връзка се разкъсва. Ако запазя модела на преходното състояние, ще можем да го сравним с крайния продукт. Това е крайният продукт, алкохолът. Все още имаме метилова група, която сочи към нас в пространството. Водородът се отдалечава от нас, ОН е отляво и етиловата група е надолу. Това е един начин за представяне на продукта ни. Но ако завъртя този модел малко, ще можем да виждаме въглеродната верига. Ако го обърна ето така, сега ОН-групата сочи към нас в пространството. Това е друга гледна точка към нашия продукт. Мога да завъртя малко този модел, и ако го обърна, ще виждаме въглеродната верига по този начин, като сега ОН сочи към нас. Точно така я представих в оригиналната реакция. Хайде да начертаем това, което видяхме във видеото. Хидроксидният йон, нашият нуклеофил, атакува този въглерод. В същото време тези електрони се отделят заедно с брома. Ще покажа преходното състояние. Ще сложа скоби. Поставям ОН-групата, тук има само несподелени електронни двойки. Видяхме, че се образува частична връзка между кислорода и този въглерод. Във видеото подчертах как метиловата група сочи към нас в пространството, значи метиловата група сочи към нас. Водородът е в обратна на нас посока и етиловата група е надолу, а тези три неща, метиловата група, водорода и етиловата група са в една равнина. Като в същото време имаме частична връзка между нашия въглерод и напускащата група, която тук е бромът. Ще поставя тези електрони тук при брома. Това е преходното състояние. Обозначаваме преходното състояние с този малък символ тук горе. Ще го направя. Сега хидроксидният йон тук има пълен отрицателен заряд, но ако той образува частична връзка с този въглерод, тогава ще бъде частично отрицателен, така че той отдава част от електронната си плътност и се образува тази връзка. Тези електрони напускат с брома, при което се образува бромиден анион, получаваме малко повече отрицателен заряд при този бром. Поставям тук знак за частично отрицателен. Това е нашето преходно състояние, където нуклефилът е в процес на образуване на връзка. В същото време връзката към напускащата група се къса. И накрая тук ще покажа нашия продукт, и точно както във видеото, ще покажа, че метиловата група сочи към нас ето тук. Затова ще направя удебелена чертичка. Това е метиловата група. Водородът все още се отдалечава от нас. Етиловата група сочи надолу. Ще направя етиловата група надолу, сега имаме връзка с RОН. И отново имаме тетраедрална геометрия. Значи този въглерод, който е хирален център, имаше тетраедрална геометрия в началото. Тук трите групи са в една равнина. И накрая при продукта отново имаме тетраедрална геометрия. Това е един начин да представим продукта от видеото, където показах движението с модела и една от гледните точки, които видяхме, беше ако въглеродната верига е ето така, когато ОН-групата сочи към нас в пространството. Това е същото нещо като да обърнем модела и тогава въглеродната верига ще бъде ето така. Нашата ОН-група се отдалечава от нас в пространството. Това са три различни начина за представяне на продукта, който е S2-бутанол. Сега да разгледаме още една SN2-реакция стереохимично. И да определим продукта. Първо бих казал, че този йон е отрицателно зареден, затова той трябва да е нуклеофилът. За субстрата, този алкилхалогенид, знам, че хлорът е притеглил електронна плътност от този въглерод, тъй като хлорът е много по-електроотрицателен. Това означава, че въглеродът е частично положителен. Нуклеофилът ще атакува нашия електрофил. В същото време тези електрони ще тръгнат с хлора и ще се получи хлориден анион. Знам, че това се случва в нашия SN2-механизъм, а сега да го разгледаме стереохимично. Знам, че нуклеофилът трябва да атакува от страната срещу напускащата група и имаме обръщане на конфигурацията. Когато рисувам моя продукт тук, ако представя въглеродната верига по същия начин като в началото, тъй като хлорът е с прекъсната линия, той се отдалечава от нас в пространството, трябва да покажем връзката с нуклеофила тук като удебелена черта. Тук поставям SH. Това ще бъде крайният продукт. При прости системи ще наблюдаваш обръщане на конфигурацията. Ако започнеш със съединение R, ще получиш S за продукта, а ако започнеш със S, ще получиш R. Обаче това не винаги е така. Ако разгледаме реакцията отляво, това е изходното вещество. Това е реакция SN2 и нашият нуклеофил е метоксиден анион. Ще го напиша тук. Значи имаме кислород и СН3. Имаме формален заряд –1 при кислорода. Нашият нуклеофил ще атакува частитчно положително заредения въглерод от тук. Нуклеофилът атакува електрофила едновременно с отделянето на напускащата група. Бромидният йон тук е най-подходящ за напускаща група. Тези електрони отиват с брома и се получава бромиден йон, а тук се образува връзка между кислорода и този въглерод. Тази несподелена двойка електрони при кислорода образува тази връзка и получаваме нашия продукт. Ако разгледаме стереохимията, първо да видим отляво тук: знаем, че този въглерод е хирален център и ако определя приоритетността на четирите групи, свързани с този хирален център, бромът има най-висок атомен номер, затова ще бъде пръв по приоритет, следван от флуора, който ще е номер втори, следва въглеродът, който е номер три, и водородът е последен с номер четири, който се отдалечава от нас. Сега обхождам в тази посока, която е срещу часовниковата стрелка, така че това е S-конфигурация за изходното съединение. При продукта отново този въглерод тук... ще сменя цветовете. Този въглерод е хирален център. Когато определяме приоритетите, сега флуорът е с най-висок атомен номер, следван от този кислород, следван от този въглерод, и накрая, разбира се, е водородът. Когато обикаляме в тази посока, конфигурацията отново е S. Това е пример на механизъм SN2, когато нуклеофилът атакува от срещуположната страна на напускащата група и ние пак имаме обръщане в механизма. Но нямаме обръщане на конфигурацията, заради начина на определяне на приоритетността на групите. В този случай напуска бром, а идва флуор като група с най-висок приоритет, и по тази причина конфигурацията остава S.