Сравните механизмы SN1 и SN2 на примере реакций 2-бром-2-метилпропана и 1-бромбутана с гидроксид-ионным нуклеофилом: какие стадии доминируют, как влияют растворитель и субстрат, и какие продукты ожидаются
Сравните механизмы SN1 и SN2 на примере реакций 2-бром-2-метилпропана и 1-бромбутана с гидроксид-ионным нуклеофилом: какие стадии доминируют, как влияют растворитель и субстрат, и какие продукты ожидаются
Похожие вопросы
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Механизмы и стадии
- SN1: двухстадийный механизм — медленная ионообразующая стадия (разрыв C–Br, образование карбкатиона), затем быстрая стадия захвата нуклеофила:
R–Br→slowR++Br−;R++OH−→fastR–OH. \text{R–Br} \xrightarrow{\text{slow}} \text{R}^+ + \text{Br}^- \quad;\quad \text{R}^+ + \text{OH}^- \xrightarrow{\text{fast}} \text{R–OH}. R–Brslow R++Br−;R++OH−fast R–OH. Кинетика: rate=k[R–Br]\text{rate}=k[\text{R–Br}]rate=k[R–Br]. Для хирального центра — частичная рацемизация.
- SN2: одностадийный механизм — одновременная атака нуклеофила и уход группы (обратная атака, переходное состояние):
R–Br+OH−→concertedR–OH+Br−. \text{R–Br} + \text{OH}^- \xrightarrow{\text{concerted}} \text{R–OH} + \text{Br}^-. R–Br+OH−concerted R–OH+Br−. Кинетика: rate=k[R–Br][OH−]\text{rate}=k[\text{R–Br}][\text{OH}^-]rate=k[R–Br][OH−]. Для хирального центра — инверсия конфигурации (Backside attack).
Примеры и предсказанные продукты
1) 2-бром-2‑метилпропан (трет‑бутилбромид, (CH3)3CBr(CH_3)_3CBr(CH3 )3 CBr)
- Субстрат третичный → сильная стерическая помеха для SN2 → SN2 практически невозможен.
- Легко образуется стабильный третичный карбкатион → SN1 благоприятен. В присутствии нуклеофила OH^- ожидается образование трет‑бутилового спирта:
(CH3)3CBr+OH−→(CH3)3COH. (CH_3)_3CBr + OH^- \to (CH_3)_3COH. (CH3 )3 CBr+OH−→(CH3 )3 COH. - Но при действии сильного основания (OH^-) и особенно при нагревании конкурентен E2 (или E1 в протичных условиях), дающий алкен 2‑метилпропен (isobutylene):
(CH3)3CBr→E2 / E1(CH3)2C=CH2+HBr. (CH_3)_3CBr \xrightarrow{\text{E2 / E1}} (CH_3)_2C=CH_2 + HBr. (CH3 )3 CBrE2 / E1 (CH3 )2 C=CH2 +HBr. - В сумме: при полярном протичном растворителе и мягких условиях — SN1 → трет‑бутиловый спирт; при сильном основании/нагреве — значимая элиминиция.
2) 1‑бромбутан (CH3CH2CH2CH2BrCH_3CH_2CH_2CH_2BrCH3 CH2 CH2 CH2 Br)
- Первичный субстрат → карбкатион неустойчив → SN1 крайне маловероятен.
- SN2 легко проходит: OH^- эффективно атакует, даёт 1‑бутанол:
CH3CH2CH2CH2Br+OH−→CH3CH2CH2CH2OH+Br−. CH_3CH_2CH_2CH_2Br + OH^- \to CH_3CH_2CH_2CH_2OH + Br^-. CH3 CH2 CH2 CH2 Br+OH−→CH3 CH2 CH2 CH2 OH+Br−. - Элиминиция (E2) мала при первичном центре и невысоких температурах; основная реакция — нуклеофильное замещение с инверсией (для первичного центра стереоэффект несущественен).
Влияние растворителя и нуклеофила
- Растворитель: полярные протичные (H2O, ROH) стабилизируют ионы и карбкатионы → способствуют SN1, но также солватируют OH^- и уменьшают его нуклеофильность (ослабление SN2). Полярные апротичные (DMSO, acetone) не сольватируют анионы так сильно → усиливают SN2.
- Нуклеофил: OH^- — сильный нуклеофил и сильное основание. В апротичных средах OH^- хорошо действует в SN2; в протичных средах его эффективность падает, и конкурирует элиминиция при вторичных/третичных субстратах.
Итог (кратко)
- Для (CH3)3CBr(CH_3)_3CBr(CH3 )3 CBr: доминирует SN1 (или при сильном основании/нагреве — E2); продукт — трет‑бутиловый спирт и/или 2‑метилпропен.
- Для CH3CH2CH2CH2BrCH_3CH_2CH_2CH_2BrCH3 CH2 CH2 CH2 Br: доминирует SN2; продукт — 1‑бутанол; элиминиция минимальна.