Справочник от Автор24
Найди эксперта для помощи в учебе
Найти эксперта
+2

Обобщенная схема нуклеофильного замещения

Общая схема реакций нуклеофильного замещения

Существует множество механизмов нуклеофильного мономолекулярного замещения:

где КИП –контактная ионная пара; СИП – сольватно – разделенная ионная пара; И- свободные ионы.

В реакциях SN1(КИП), SN1(СИП), SN1(И) медленной стадией являются стадии 1,2,3 соответственно. В случаях, когда медленной стадией являются стадии 4,5,6 или 7, то такой процесс относится к бимолекулярным реакциям SN2(КИП), SN2(СИП), SN2(И). Однако это описание не является абсолютно точным.

Например: Если в реакции SN1 медленной стадией которой является образование контактно – ионной пары k5>k2, то ее завершением будет быстрая нуклеофильная атака тесной ионной пары. Когда k2>k5 тесная ионная пара способна диссоциировать дальше. При этом стадии 6 и 7 будут определять состав и строение продуктов.

  • Классическим SN2-механизмом является механизм Ингольда – Хьюза (соответствует реакции k4). Стереохимический эффект такой реакции – полная инверсия конфигурации.
  • При классическом SN1-механизме происходит полная диссоциация, продукты реакции образуются на 7 стадии. Стереохимическим результатом может быть как полная инверсия, так и полная рацемизация.
Замечание 1

Если реакция не идет дальше тесной ионной пары, то происходит инверсия (гидролиз пара-хлорбензгидрил-пара-нитробензоата в присутствии NaN3).

Замечание 2

Если реакция идет через полностью диссоциированные ионы, то она приводит к полной рацемизации. Если в реакции участвуют сольватно – разделенные ионные пары, то происходит частичная рацемизация.

«Обобщенная схема нуклеофильного замещения» 👇
Помощь эксперта по теме работы
Найти эксперта
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Решить задачу
Помощь с рефератом от нейросети
Написать ИИ

Классические реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения

В элементарной стадии, которая определяет скорость реакции участвует один из реагентов. Ионизация органического реагента RX является медленной стадией. Взаимодействие положительного иона R+ со вторым реагентом Y является быстрой стадией.

Для реакций, протекающих по SN1-механизму, в основном, R является третичным алкилом, а реагент Y – растворителем.

В зависимости от растворителя выделяют следующие реакции:

  • сольволиз (растворитель вода);
  • алкоголиз (растворитель спирт), продуктом реакции является простой эфир;
  • ацидолиз (растворитель карбоновая кислота), продуктом реакции является сложный эфир.

Механизм реакции определен характером заместителя, реагента и растворителя.

При SN1-механизме скорость реакции зависит от сольватирующей способности растворителя. На скорость не оказывает влияние нуклеофильная активность реагента Y.

Сильно реакционноспособный карбокатион может неселективно реагировать со всеми нуклеофильными молекулами, находящимися в растворе (растворитель SOH и нуклеофильный реагент). Следовательно SN1-реакцию можно изобразить следующим образом:

Влияние растворителя на скорость SN1-замещения

Эффективной движущей силой в реакциях SN1-замещения является сольватация переходного состояния и образующихся ионов:

S+RX+SSδ+RXSδS+R+XS

Чем больше растворитель проявляет способность содействовать ионизации электролитов, тем выше скорость нуклеофильного мономолекулярного замещения.

Способность растворителя содействовать процессу ионизации можно расположить в ряд:

H2O>C2H5OH>CH3COCH3>C6H6

Замечание 3

Если в качестве растворителя используют водно – ацетоновые или водно – этанольные растворы, то скорость реакции будет расти с увеличением концентрации воды.

Сольватирующая способность растворителей предопределена образованием слабых химических связей между ионами и молекулами растворителя. В сольватированном карбокатионе две орбитали молекул растворителя S связаны с центральным пятивалентным атомом углерода и перекрывают выпуклости свободной p-орбитали:

Кривые потенциальной энергии в мономолекулярной реакции нуклеофильного замещения

Механизм SN1 можно изобразить кривыми потенциальной энергии как функцию межатомного расстояния:

Кривая 1 показывает изменение энергии при диссоциации молекулы на радикалы R и X. Кривая 2 определяет энергию несольватированных ионов R+ и X. Кривая 3 показывает отталкивание между ионами R+ и X как функцию расстояния.

Замечание 4

При сольватации ионов наблюдается большой выигрыш энергии. Рост энергии связи RX предопределен энергией сольватации ионов в переходном состоянии. Переходное состояние представлено точкой пересечения кривых 1 и 3, а соответствующая энергия E является энергией активации.

Дата последнего обновления статьи: 04.06.2024
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Крупнейшая русскоязычная библиотека студенческих решенных задач
Все самое важное и интересное в Telegram

Все сервисы Справочника в твоем телефоне! Просто напиши Боту, что ты ищешь и он быстро найдет нужную статью, лекцию или пособие для тебя!

Перейти в Telegram Bot

Изучаешь тему "Обобщенная схема нуклеофильного замещения"? Могу объяснить сложные моменты или помочь составить план для домашнего задания!

AI Assistant