8.4: Загальні міркування реакцій заміщення

Last updated
Save as PDF

Page ID: 106179

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Зараз ми хочемо обговорити витіснення нуклеофільними реагентами (\(Y:\)) на алкільних похідних (\(RX\)). Це іонні або полярні реакції, що включають атаку нуклеофіла на вуглець. Типовим прикладом є реакція гідроксид-іона з бромметаном для витіснення іона броміду:

Починається з H, зв'язаного з O з 8 електронами і негативним зарядом. Додайте C H 3, пов'язаний з B R з 8 електронами. Дві стрілки зображують рух електронів. Одна стрілка йде від O до B R, а інша йде від B R. Це йде до C H 3 O H плюс B R аніон.

Електронна пара\(C-O\) зв'язку може розглядатися як пожертвувана гідроксидним іоном, тоді як електронна пара\(C-Br\) зв'язку відходить з залишаючим іоном броміду. Назва цього типу реакції скорочено\(\text{S}_\text{N}\),\(\text{S}\) для заміщення і\(\text{N}\) для нуклеофільних.

Реакції такого типу дуже корисні. Вони можуть призвести до сполук, в яких новий зв'язок з вуглецем алкільної групи,\(R\) є хлором, бромом, йодом, киснем, сіркою, вуглецем, азотом або фосфором, залежно від природи використовуваного нуклеофіла.

Нуклеофільні заміни особливо важливі для алкілгалогенідів, але їх не слід вважати обмеженими алкілгалогенідами. Багато інших похідних алкілу, таких як спирти, ефіри, ефіри та «іони онію»,\(^3\) також можуть зазнавати\(\text{S}_\text{N}\) реакцій, якщо умови є відповідними. Сфера\(\text{S}_\text{N}\) реакцій настільки широка, що неможливо включити всі різні алкільні сполуки і нуклеофіли, які реагують таким чином. Швидше ми підійдемо до теми тут шляхом розгляду механізмів\(\text{S}_\text{N}\) реакцій, а потім розробимо сферу реакцій у наступних розділах.

Механізм\(\text{S}_\text{N}\) реакції та реакційна здатність даної алкільної\(RX\) сполуки до нуклеофіла\(Y\) залежать від природи та природи розчинника.\(R\)\(X\)\(Y\) Щоб\(\text{S}_\text{N}\) реакція відбувалася з розумною швидкістю, дуже важливо вибрати розчинник, який розчиняє як алкільну сполуку, так і нуклеофільний реагент; може знадобитися значна допомога як від розчинника, так і від нуклеофіла, щоб розірвати те, що зазвичай є трохи полярним\(C-X\) зв'язком. Однак розчинники, які найкраще розчиняють злегка полярні органічні сполуки, рідко розчиняють звичайні, досить високополярні, нуклеофільні агенти\(NaBr\), такі як\(NaCN\), і\(H_2O\). На практиці відносно полярні розчинники, або суміші розчинників, такі як 2-пропанон (ацетон), водний 2-пропанон, етанол, водний 1,4-діоксациклогексан (діоксан) і так далі, забезпечують кращий компроміс для реакцій між алкільними сполуками і сольоподібними нуклеофільними реагентами. Важливість розчинника в стабілізації іонів можна оцінити з розрахункової термохімії іонних реакцій, розглянутої в розділі 8-2.

\(^3\)Прикладами катіонів -онію є

Автори та атрибуція

Template:ContribRoberts