De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie HOOFDSTUK IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Mc Murry: pagina 343-384.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie HOOFDSTUK IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Mc Murry: pagina 343-384."— Transcript van de presentatie:

1 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie HOOFDSTUK IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Mc Murry: pagina

2 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.1 Inleiding (Mc Murry: p ) substitutie eliminatie

3 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Walden inversie

4 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.2 Stereochemie van de nucleofiele substitutie (Mc Murry: p )

5 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie R — Y + Nu: - R — Nu + Y: - Y = Cl, Br, I, OTos, Nu = nucleofiel OTos = Inversie van configuratie tijdens de substitutie van tosylaat door acetaat anion

6 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.3 Kinetiek van de nucleofiele substitutie (Mc Murry: p ) Kinetiek van de reactie: relatie tussen de reactiesnelheid en de reactantconcentratie HO: - + CH 3 — Br: HO — CH 3 + :Br: - Reactiesnelheid = snelheid waarmee reactant verdwijnt = k x [RX] x [ - OH] met [RX] = CH 3 Br concentratie [ - OH] = - OH concentratie k = snelheidsconstante (L/mol s)

7 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.4 De S N 2 reactie (Mc Murry: p ) Het nucleofiel valt aan langs de achterzijde van de te breken binding: 180° ten opzichte van het vertrekkende halogeenatoom. Eén-stapsreactie Reacties grijpen plaats met inversie aan het koolstofcentrum. De reactie vertoont tweede-orde kinetiek S N 2 reactie: substitutie, nucleofiel, bimoleculair

8 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie

9 IX.5 Karakteristieken van de S N 2 reactie (Mc Murry: p ) Snelheid van de substitutiereactie: bepaald door  G ‡, het verschil in energie tussen het beginproduct (substraat of reactant; grondtoestand) en de transitietoestand (TTS) Beïnvloeding van  G ‡ door verandering in reactiecondities verandering van het energieniveau van het substraat verandering van het TTS niveau

10 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Het substraat: sterische effecten in de S N 2 reactie

11 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie

12 Minder reactiefMeer reactief tertiairneopentylsecundairprimairmethyl Relatieve reactiviteit < Vinylisch halogenide Aryl halogenide

13 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Cyclische substraten

14 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Het aanvallende nucleofiel Nu: - + R — Y R — Nu + Y: - Negatief geladen nucleofiel Nu: - neutraal Nu: + R — Y R — Nu + + Y: - Neutraal nucleofiel Nu: positief geladen

15 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Minder reactiefMeer reactief CH 3 — Br + Nu: - CH 3 — Nu + Br - Nu = H 2 O CH 3 CO 2 - NH 3 Cl - OH - CH 3 O - I - CN - HS - Relatieve reactiviteit Nucleofiliciteit trends: Geladen nucleofielen zijn meer reactief dan niet-geladen nucleofielen nucleofiliciteit stijgt bij stijgende periode: * HS - > HO - * I - > Br - > Cl - Nucleofiliciteit loopt ongeveer parallel met basiciteit Polariseerbaarheid !

16 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie

17 Ambidente nucleofielen Basiciteit versus nucleofiliciteit voor thiosulfaat- en sulfietdianion: zuur-base reactie: meest basische centrum (alcoholaat) reageert met het proton vrij elektronenpaar op zwavel heeft meer intrinsiek nucleofiele eigenschappen

18 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie De leaving groep Leaving groep uitgestoten met een negatieve lading: beste leaving groep = beste stabilisatie van negatieve lading beste stabilisatie van anion = zwakste base (laagste pKa voor geconjugeerd zuur) Leaving groep L - pKa van H-Lrelatieve reactiviteit I - < Br Cl F RCOO - +5ca 0 CN RO -, HO NH CH Minder reactief Meer reactief

19 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie R — FR — OHR — OR’R — NH 2 Ondergaan normaal geen S N 2 reactie Oplossing voor substitutie van hydroxylgroep: via derivatisatie Nu: - R — L Nu — R:L - / LpKa (H-L / H-L + ) Breken van C-O binding Tosylaat R-OTs (alkyl)-p- tolueensulfonaat hydroxoniumgroep H2OH2O

20 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Het solvent Protisch solvent  gesolvateerde anionen  verlaagde nucleofiliciteit door verlaagde grondtoestandenergie

21 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Dipolair aprotisch solvent  gesolvateerde kationen  naakte anionen  verhoogde nucleofiliciteit door verhoogde grondtoestands energie Dimethylformamide (DMF) Hexamethylfosforzuurtriamide (HMPTA)

22 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Karakteristieken van de S N 2 reactie: samenvatting Substraat: methyl en primaire best Nucleofiel: basische geladen nucleofielen meer effectief dan neutrale

23 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Leaving groep: meer stabiele anionen Solvent: polaire aprotische solventen

24 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.6 De S N 1 reactie (Mc Murry: p ) Minder reactiefMeer reactief Relatieve reactiviteit < S N 1 reactie : substitutie, nucleofiel, unimoleculair R — Br + H 2 O R — OH + HBr

25 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.7 Kinetiek van de S N 1 reactie (Mc Murry: p ) Eerste-orde proces:reactiesnelheid = snelheid van verdwijnen van halogeenalkaan = k x [RX] Verklaring: verschil in snelheidsbepalende stap (SBS)

26 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Twee-stapsreactie Reacties grijpen plaats met racemisatie aan het koolstofcentrum. De reactie vertoont eerste-orde kinetiek S N 1 reactie: substitutie, nucleofiel, unimoleculair Snelheidsbepalende stap intermediair

27 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Twee-stapsreactie: a) vorming carbokation b) reactie van carbokation met nucleofiel

28 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.8 Stereochemie van de S N 1 reactie (Mc Murry: p ) Stereochemie van de S N 1 reactie: een enantiomeer zuiver substraat geeft een racemisch product Maar !

29 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie (R)-6-Chloro-2,6-dimethyloctaan + 40% R (retentie)60% S (inversie)

30 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.9 Karakteristieken van de S N 1 reactie (Mc Murry: p ) Het substraat Hammond postulaat: elke factor die het hoge-energie intermediair stabiliseert, leidt ook tot stabilisatie van de TTS die ertoe leidt. SBS in de S N 1 reactie: spontane unimoleculaire dissociatie van het substraat mvv carbokation Hoe meer stabiel het carbokation, hoe sneller de S N 1 reactie Hammond postulaat: link tussen reactiesnelheid en stabiliteit van intermediair

31 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie methyl < primair < allyl  benzyl  secundair < tertiair Minder stabielMeer stabiel

32 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Allylische en benzylische substraten: zeer reactief zowel in S N 1 als in S N 2

33 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie De leaving groep Minder reactiefMeer reactief H 2 O < Cl - < Br - < I - < TosO - Leaving groep In de S N 1 reactie: neutraal water kan optreden als leaving groep bv. bij bereiding van een halogeenalkaan uit een tertiair alcohol met HBr of HCl

34 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Het nucleofiel Nucleofiel komt pas tussen na de SBS Beinvloedt de reactiesnelheid niet zelfde reactiesnelheid voor HCl, HBr of HI Neutrale nucleofielen even effectief als geladen S N 1 reacties dikwijls onder neutrale of zure omstandigheden

35 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Het solvent Solventeffecten in S N 2 reacties: vooral te wijten aan stabilisatie of destabilisatie van het nucleofiel reactant Solventeffecten in S N 1 reacties: vooral te wijten aan stabilisatie of destabilisatie van de transitietoestand  solvatatie van het carbokation Gerelateerd met solvent polariteit diëlektrische polarisatie: mate waarin een solvent kan optreden als isolator voor elektrische ladingen Zie tabel p 411

36 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Ethanol40% water /80% water / water 60% ethanol20% ethanol Relatieve reactiviteit Minder reactiefMeer reactief Solvent

37 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Substraat:tertiaire, allylische en benzylische best Nucleofiel: bij voorkeur niet basisch om eliminatie te voorkomen (zie verder) neutrale nucleofielen werken goed Karakteristieken van de S N 1 reactie: samenvatting Leaving groep: meer stabiele anionen verlagen de energie van de TTS leidend tot het carbokation Solvent: polaire solventen solvateren het carbokation en verhogen de reactiesnelheid

38 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie

39 substitutie eliminatie

40 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.10 Eliminatiereacties van halogeenalkanen: Zaitsev regel (Mc Murry: p ) 2-bromobutaan2-buteen (81%)1-buteen (19%) Zaitsev’s regel:Bij de eliminatie van HX uit een halogeenalkeen wordt bij voorkeur het meest gesubstitueerde alkeen gevormd. Eliminatie van HX uit een halogeenalkaan: excellente methode voor het bereiden van alkenen twee mogelijke mechanismen E1 en E2

41 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.11 De E2 reactie (Mc Murry: p ) Eén-stapsreactie De reactie vertoont tweede- orde kinetiek E2 reactie: eliminatie, bimoleculair Reactiesnelheid = k x [RX] x [base]

42 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie 2-bromo-2-methylbutaan2-methyl-2-buteen (70%) 2-methyl- 1-buteen (30%)  -karakter in de TTS: Zaitsev produkt

43 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Kinetische aciditeit van C-H: Hofmannprodukt KOEt, EtOH7:3 KOtBu, tBuOH3: 7 KOCEt 3, Et 3 COH1:9

44 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Stereochemie van E2-eliminaties E2 reacties vereisen periplanaire geometrie antiperiplanair synperiplanair

45 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Bewijs voor het mechanisme: voorkeur voor antiperiplanaire geometrie Meso-1,2-dibromo- 1,2-difenylethaan (E)-1-bromo- 1,2-difenyletheen Vorming van puur E-alkeen ! Geen isomeer Z-alkeen

46 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.12 Het deuterium isotoop effect (Mc Murry: p 374) Tweede bewijs voor het E2 mechanisme 1-bromo-2-fenylethaan 1-bromo-2,2-dideuterio- 2-fenylethaan Snellere reactie Tragere reactie C-H / C-D wordt gebroken in de snelheidsbepalende stap deuterium isotoop effect

47 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.13 Eliminatiereacties en cyclohexaanconformatie (Mc Murry: p )

48 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie

49

50 IX.14 De E1 reactie (Mc Murry: p ) Twee-stapsreactie De reactie vertoont eerste- orde kinetiek E1 reactie: eliminatie, unimoleculair Snelheidsbepalende stap Intermediair carbokation Reactiesnelheid = k x [RX]

51 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie De beste E1 substraten: ook de beste S N 1 substraten  competitie tussen S N 1 en E1. 2-chloro- 2-methylpropaan 2-methylpropanol 64% 2-methylpropeen 36%

52 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Bewijs voor E1: geen deuterium isotoop effect

53 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie IX.15 Samenvatting van reactiviteit: S N 1, S N 2, E1, E2 (Mc Murry: p ) Halogeenalkaan S N 1 S N 2 E1E2 RCH 2 X /zeer gunstig / treedt op met sterke basen (primair) R 2 CHXmet benzylische in competitie met benzylische bevoordeligd (secundair) en allylische met E2 en allylische met sterke basen substraten substraten R 3 CXbevoordeligd/ treedt op inbevoordeligd (tertiair)in hydroxyl- competitie met met sterke basen bevattende S N 1 reactie solventen

54 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Biologische substitutiereacties norepinefrine S-adenosylmethionine adrenaline

55 Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Biologische substitutiereacties mosterdgas gealkyleerd proteïne


Download ppt "Hoofdstuk IX: nucleofiele substitutie en eliminatie HOOFDSTUK IX: nucleofiele substitutie en eliminatie Mc Murry: pagina 343-384."

Verwante presentaties


Ads door Google