8.4: Порівняння та конкуренція між SN1, SN2, E1 та E2
- Page ID
- 24717
Для певного субстрату він може мати шанс пройти будь-який з чотирьох шляхів реакції. Тому передбачити результат певної реакції здається досить складним завданням. Ми поговоримо про стратегії, які можуть бути застосовані при вирішенні такої проблеми, і пояснимо причини, що стоять за собою.
Дуже важливо розуміти, що структурна природа субстрату (первинного, вторинного або третинного) є найбільш критичним фактором для визначення того, який шлях реакції він проходить. Наприклад, первинні субстрати ніколи не йдуть з S N 1 або E1, оскільки первинні карбокатії занадто нестабільні. Якщо субстрат може йти з парою різних шляхів реакції, то умови реакції, включаючи основну/нуклеофільність реагенту, температуру, розчинник тощо, відіграють важливу роль для визначення того, який шлях є основним. Отже, наші обговорення почнуться з іншого типу субстратів, а потім досліджуватимуть вплив стану на цю основу.
Метиловий
Це найпростіший випадок. Метиловий субстрат йде тільки з реакцією S N 2, якщо відбувається будь-яка реакція. Елімінація неможлива для метильних субстратів, і немає реакції S N 1 або тому, що CH 3 + занадто нереактивний, щоб утворюватися, тому єдиним можливим способом є S N 2.
Первинний (1 °)
Первинні (1°) субстрати не можуть протікати з будь-якою одномолекулярною реакцією, тобто без S N 1/E1, оскільки первинні карбокати занадто нестійкі, щоб їх утворювати. Оскільки первинні субстрати є дуже хорошими кандидатами для реакції SN2, тому S N 2 є переважним шляхом, коли використовується хороший нуклеофіл. Єдиним винятком є те, що коли використовується велика громіздка база/нуклеофіл, Е2 стає основною реакцією.
Приклади реакцій для первинних субстратів:
Вторинний (2 °)
Найскладніше або складніше передбачити реакцію вторинного субстрату (2°), оскільки можливі всі шляхи. Умови реакції тоді стають дуже ключовим фактором. Всього чотири типи реакцій можна розділити на 3 шляхи, тобто:
- E2: сприяє сильна основа
- S N 2: сприяє хороший нуклеофіл (відносно слабша основа)
- S N 1/E1: Важко відокремити S N 1 і E1 повністю один від одного, оскільки вони обидва проходять через проміжні продукти карбокації, і їм сприяє бідна нуклеофіл/слабка основа, наприклад, H 2 O або ROH (сольволіз). При такому нейтральному стані S N 1 і E1 зазвичай відбуваються разом для вторинних підкладок, а підвищення температури реакції сприяє E1 над S N 1.
Відносно легко відокремити шляхи S N 2 та E2 від S N 1/E1, оскільки і S N 2, і E2 вимагають сильної нуклеофільної або сильної основи, яка зазвичай є негативно зарядженими видами, тоді як S N 1/E1 вимагають нейтральних умов.
Для того щоб відрізнити S N 2 від E2, нам потрібно вміти визначити, чи є негативно заряджений аніон сильним нуклеофілом (для S N 2) або сильним підставою (для Е2)? Всі нуклеофіли є потенційними базами, а всі бази - потенційними нуклеофілами, тому що реактивна частина і нуклеофіла, і бази - це одинокі пари електронів. Чи є аніон кращим нуклеофілом чи кращою базою, залежить від його основності, розміру та поляризуваності. Взагалі кажучи, відносні сильніші основи мають більш сильну тенденцію діяти як основа; і відносна слабша основа, з малим розміром і хорошою поляризацією, мають кращу тенденцію діяти як нуклеофіл, див. Список, наведений нижче.
Сильні основи: ОН -, RO - (R: алкільна група малих розмірів), NH 2 -
Хороші нуклеофіли (відносно слабкі підстави): Cl -, Br -, I -, RS -, N 3 -, CN -, RCO 2 -, RNH 2
Зверніть увагу, що громіздкі бази, такі як t -BuO - і LDA, завжди віддають перевагу E2 і генерують продукти ліквідації, які слідують правилу Хофмана, оскільки вони занадто великі, щоб робити атаку ззаду в S N 2.
Приклади реакцій для вторинних субстратів:
Третинний (3 °)
Третинні (3 °) субстрати не йдуть з реакціями S N 2 через стеричну перешкоду. Отже, реакція E2 - це вибір, коли застосовується сильна основа, або шлях S N 1/E1 з нейтральним станом (погана нуклеофіл/слабка основа). Теоретично кажучи, E2 і E1 повинні дати один і той же продукт елімінації. Однак для того, щоб синтезувати алкен з третинного субстрату, краще використовувати сильну основу, яка заохочує процес E2, а не йде з E1. Це пояснюється тим, що E1 завжди поєднується разом з S N 1, і уникнути заміщення продукту практично неможливо.
Вищеописані обговорення можна коротко узагальнити в таблиці нижче, після чого буде кілька прикладів. Щоб передбачити результат реакції або розробити маршрут синтезу для певного випадку, настійно рекомендується зробити аналіз, дотримуючись логіки, згаданої вище, замість того, щоб просто звернутися до таблиці. Крім того, практика робить досконалим!
|
Субстрат |
Бажані шляхи реакції |
|
Метиловий |
S N 2 реакція |
|
Первинний |
Переважно реакція S N 2;
Виняток: реакція Е2 на громіздку основу |
| Вторинний |
Реакція Е2 з сильною основою (наприклад, ОН -, АБО -)
S N 1/E1 з нейтральним станом (наприклад, H 2 O, ROH)
Третинна реакція E2 з сильною основою (наприклад, ОН -, АБО -)S N 1/E1 з нейтральним станом (наприклад, H 2 O, ROH)
Приклади: Показати основні органічні продукти для наступних реакцій.
Рішення:
