Chimica organica - la sostituzione nucleofila

ENERGY PROFILES 2 ANIMATIONN R

C:Br: Cl:.. ..HCH3 ENERGY PROFILES 2 ANIMATIONN R.. ..C:Br: Cl:.. ..HCH3 ENERGY PROFILES 2 ANIMATIONN R.. ..C:Br: Cl:.. ..HCH3 ENERGY PROFILES 2 ANIMATIONN R.. ..C:Br: Cl:.. ..HCH3 ENERGY PROFILES 2 ANIMATIONN R Transition State.. ..δ δ- -C:Br Cl:.. ..HCH3 ActivatedComplexENERGY PROFILES 2 ANIMATIONN R.. ..C:Br :Cl:.. ..HCH3 ENERGY PROFILES 2 ANIMATIONN R.. ..C:Br :Cl:.. ..HCH3 ENERGY PROFILES 2 ANIMATIONN R.. ..C:Br :Cl:.. ..HCH3 ENERGY PROFILES 2 ANIMATIONN R.. C:Br.. HCH3S 2 ANIMATIONN R.. C:Br.. HCH3La stereochimica della S 2NR 1R δ1 δNu C X Nu C XR 3 R Stato di2 R R3 Transizione2In generale, la S 2 PlanareNprocede coninversione diconfigurazione. R 1 XNu C R 3R 2Inversione di configurazione nella S 2NH CH 3CHH 3 δ δC Br HO C BrHO CH CH3 2 Stato di CHCHTransizione 2 3(S)-2-Bromobutano PlanareLa configurazione H CH 3si inverte da S a R BrHO C CH CH2 3(R)-2-ButanoloEffetto StericoSterico: Si riferisce al volume occupato da atomi omolecole.Gli

effetti sterici influenzano la velocità della S_2NH Sostituenti piccoli,C IHO H Reazione veloce.HCH Sostituenti grossi,3HO C ICH 3 Reazione lenta.CH 3Effetti Sterici CHH 3HO C IC IHO CH 3H CH 3H S 2 lenta.S 2 veloce. NNPiù è grande il sostituente , maggiore è l'ingombro per il nucleoMaggiore è l'ingombro sterico, più lenta sarà la reazione S₂NConcertata (un passaggio)Stato ditransizione TS S_2NENE EaRGY materiale ∆HDi partenza prodotto

Ordina i seguenti substrati in relazionealla velocità nella reazione S_2N3 2 1 4CH 3CH 3 CH CH Br CH Br CH CBr3 2 3 3CH CHBr3 CH 3Secondario Primario Metilico Terziario2° 1° 3°Più lentoPiù veloceMetile > 1° > 2° > 3°Gruppo UscenteIL gruppo uscente è un altro fattore che influenza laS_2NNI migliori gruppi uscenti sono quelli che formanoanioni stabili, poco reattivi.(nucleofilo debole)– – –Esempi di buoni

gruppi uscenti sono I , Br , and Cl .

Lo ione ioduro è il miglior gruppo uscente.

Deboli gruppi uscenti sono quelli che formano anioni reattivi. (nucleofilo forte, fa fatica ad uscire preferisce restare legato) – – 2–

Esempi di deboli gruppi uscenti sono F , HO , NH and –RO . Questi anioni raramente si comportano da gruppi uscenti.

Ordina i seguenti substrati in ordine di reattività verso la S 2N1 5 2 5 4 3

CH I CH OH CH Br CH OCH CH F CH Cl

3 3 3 3 3 3

Più Meno Meno reattivo reattivo reattivo – – 2–

I > Br > Cl >> F > HO , NH , RO

Fattori che influenzano la velocità della S 2.

Substrato Metilico > 1° > 2° > 3°

Gruppo Uscente – – – – 2–

I > Br > Cl >> F > HO , NH , RO

Nu: debole forte

Reazione S 1N

S 1 = Sostituzione Nucleofila Monomolecolare

Sostituzione: un atomo o una molecola sostituisce un altro atomo o

molecola nel substrato.

Nucleofilo: La reazione implica l'attacco di un nucleofilo

Monomolecolare: La velocità di reazione dipende da un reattivo, il substrato.

Meccanismo della S₁N→-R C–L + Nu R C–Nu + L -3 3Nu NuH Nu LHR CR C LHR C L 333 CarbocationeR C Nu3

Stereochimica della S₁N

L NuNu R 1R 1 CarbocationeCC L intermedioR 3 planareR R2 3 R 2 RR 11 C NuNu C RR 33 RR50% inversione 50% ritenzione di22di configurazione configurazione

Un substrato otticamente attivo viene convertito in una miscela racema inattiva.

Configurazione del prodotto in una S₁N

HO HBr Br BrH Br HHH CarbocationeH C intermedioC OHC OH CH CHCH CH 3 23 2 planareCH CHCHCH 3 23 CH3 3(R)-2-butanolo H HBr C C BrCH CH CH CH2 3 3 2CH CH3 3(S)-2-bromobutano (R)-2-bromobutano

Il (R)-2-butanolo otticamente attivo viene convertito in una miscela racema otticamente inattiva di (S)-2-bromobutano e (R)-2-bromobutano. Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved.

Qual è la struttura del

carbocatione intermedio nella S₁:

• La reazione S₁ avviene solo quando un carbocatione intermedio stabile si può formare.
• Quanto più è stabile il carbocatione, tanto più è veloce la S₁.
• Maggiore è il numero di sostituenti sul C, più stabile è il carbocatione.

R H H HC C C CR R R HR R H H

Terziario Secondario Primario Metilico

> >>>3º 2º 1º

Più stabile Meno stabile

REAZIONE A DUE PASSAGGI

carbocatione S₁ intermedio N

TS₁ E TS₂

Ea₂ RG Ea₁

Y step 1 step 2 ∆H reagente prodotto

Ordina in base alla reattività nella S₁

3 2 1 4

CHCH₃ CH OH

CH CH OH CH COH

CH CHOH 3 2 3

CH₃

Primario Secondario Terziario Metilico

1º 2º 3º

Più veloce Più lento

3º >> 2º > 1º > Metilico

Gruppi Uscenti

Il gruppo uscente è un altro fattore che influenza la S₁

I migliori gruppi uscenti sono quelli che formano anioni stabili, non reattivi o molecole

neutre.– – –Esempi di buoni gruppi uscenti sono I , Br , Cl , eH O. Lo ione ioduro è il miglior gruppo uscente.

Deboli gruppi uscenti sono quelli che formano anionireattivi.(stanno meglio legati) - .Un esempio di povero gruppo uscente è il F Questoanione raramente si comporta da gruppo uscente.