Sostituzioni nucleofile ed eliminazioni

Sostituzioni Nucleofile al Carbonio Saturo

Nu^- + |C - X| → |C - Nu| + X^Θ

• Nucleofilo
• Gruppo Uscente

X deve essere un atomo elettropositivo o un gruppo elettroneattratore

Nucleofili

• HO^-→ CH₃OH alcol
• RO^-→ R - O - R' etere
• K⁺S^-→ R - S - R' tioetere
• Na⁺H^-→ R - H sopiosso
• NC^-→ CH≡CN nitrile
• H₂N^-→ CH₃I alchil ioduro
• NH₃→ NH₄I sale di ammonio
• HOH→ R - OH alcol
• CH₃OH→ CH₃ - O - R' etere

2 meccanismi:

• SN 2 ⇒ concertata
• SN 1 ⇒ non concertata, attraverso un intermedio

Il meccanismo di una reazione si determina attraverso misure sperimentali di tipo cinetico.

SN 2

• Velocità della reazione di sostituzione dipende dalla concentrazione sia di entrambi i reagenti. I substrati e specie sono coinvolte nello stadio di transizione.
• La sostituzione di H con gruppamenti adducevi la reazione
• inversione della configurazione al centro antimetrico al cui è legato l'alogeno.

v = K [alogenuro alchilico] [nucleofilo]

Il nucleofilo attacca sempre il carbonio dalla parte opposta a quella di allontanamento del gruppo uscente.

Velocità di reazione

• alogenuro primario
• alogenuro secondario
• alogenuro terziario III

La velocità di reazione dipende da:

• gruppo uscente
• nucleofilo
• scheletro carbonioso
• gruppo entrante

La capacità di fungere da gruppo uscente è correlata alla basicità: basi sono cattivi gruppi uscenti perché quando è rottura sono più basi forti.

R - I > R - Br > R - Cl > R - F

pK_a = 3 < pK_a = 8 < pK_a = 4

Nucleofilo:

• Concetto termodinamico, misurato da una costante di equilibrio.
• Nucleofili: missione del pacchetto con NU attacco un C sp³.

Le basi più forti sono nucleofili migliori.

Polarizzabilità: nucleofiletto = solvatiazione

• F^-
• Cl^-
• Br^-
• I^-
• acqua
• F^-
• Cl^-
• Br^-
• I^-
• aprotico

Atomo più grande (più polarizzabile) si è migliore nucleofilo, anche se fa benzoate anche in un solvente poco aprotico (es. THF, DME, DMSO, CH₃CO).

Un solvente aprotico rende le basi più forti meno nucleofilo perché vengono solvitate.

Vengono usati solventi poco aprotici che solvatano meglio le specie cationiche rendendole NU più reattive.

Effetti sterici: poca sterica influenza poco Nucleofilo ma impedisce elettrocirco.

Lo stato di transizione degli alogenuri alchilici è più stabile che precede con lo ione treccione più veloce rispetto agli alogenuri arilici.

Anche gli alogenuri benzilico sono più reattivi.

I nucleofilo attaccano entrambi le parti pro-attacco, al carboino carbomico è reversibile e prodotti con NU di carbomici con alogeno.

Retromarcia: quando la basiità dei gruppo uscenti sono simile.

Sn1

Velocità di reazione dipende solo dalle concentrazioni dell'alogenuri alchilico che è quindi reazione nello stato termine della reazione.

• Sostituzioni ottimistica vengono timpatosi con l' la carbonicio chimico chiralità.
• Raceminizzazione al centro anommerico a cui è legato l’alogeno.

N = K (alogenuro alchilico)

- Gruppo uscente:

carbanione

più stabile meno stabile

Carbanione destabilizzato da gruppi elettronici donatori. La carica negativa si genera solo se ho un anione gruppo uscente. (anti-Zeitsev)

Il prodotto principale di una E₁ è l’alchene più stabile.

Quando c'è solo un sostituente temporaneo e il gruppo uscente è scadente

Il prodotto principale sarà l’alchene meno stabile.

Steroelasticità

Migliore sovrapposizione orbitale e minore repulsione coulombiana tra cariche negative in conformazione anti. Anche minore congestione sterica.

atomo di carbonio β con due atomi di idrogeno (miscela E, Z)

E Z più stabile meno stabile

Un solo idrogeno e forma un solo alchene (1 solo conformero) configurazione dipende da quella del reagente. H e Br devono essere antiperiplanari.

Esercizi:

base poco ingombrata

base ingombrata

(Z) (E) maggioritario anti Zeitsev

Br

H₂O

EtO₃

DMF

BH₃

H₂O^-

E₂

racemica (2 stereocentri)

4 stereoisomeri

Transmetallazione (o metallo)

La transmetallazione avviene se il gruppo organico viene trasferito ad un metallo più elettropositivo. Si scambia il metallo. Il rame solo se il gruppo alchilico è terziario rispetto a uno zinco ecc. I metalli elettropositivi più usati in questa teoria che formano un reagente C-M meno polarizzato:

Reagenti di Grignard

Più nucleofili e hanno metalli fatti forti nucleofili.

Impiego dei reagenti organometallici:

Sintesi di oli acidi carbossilici

Meccanismo:

Sintesi di alcoli

Reagente organometallico + formaldeide

alcol primario dalle formaldeide

Meccanismo:

Gli epossidi sono eteri ciclici che reagiscono tramite sostituzione nucleofila aperta (senza acido o acida di Lewis).

Apertura epossidi con ammine:

Esempio:

Apertura epossido in condizioni acide:

Sito di attacco nucleofilo: in condizioni acide. (predomina) minimo sterico.

Sostituzione nucleofila degli eteri:

L'attivazione dell'ossigeno dell'etere richiede la protonazione. Se il carbocatione e stabile meccanismo. Se il carbocatione è instabile meccanismo.

Attacco nucleofilo presso carbonio di piu suscettibile.