Als u wordt gevraagd om te bepalen of de nucleofiele substitutie door het SN1-of SN2-mechanisme gaat, bekijk dan de volgende criteria in de gegeven volgorde:
1) Controleer het substraat (alkylhalide meestal): als het een primair substraat is, is het mechanisme SN2.
2) als het een tertiaire substraat is, dan is het mechanisme SN1 – geen vragen, je bent hiermee klaar.,
een herinnering voor het classificeren van substraten als primair, secundair of tertiair:
Onthoud deze reactiviteitskaart van de alkylhalogeniden in SN1-en SN2-substitutiereacties:
laten we nu begrijpen waarom het zo is. Als je een SN1-mechanisme zou doen op een primair substraat, zou je een primaire carbocatie krijgen. Laten we een hypothetisch SN1 mechanisme tekenen. Onthoud, SN1 betekent dat de groep vertrekt en pas daarna valt het nucleofiel aan., Dat is de definitie van het SN1-mechanisme, het is een unimoleculair mechanisme, dat wil zeggen dat slechts één van de reactanten (in dit geval het substraat) deelneemt aan de snelheidsbepalende stap:
wat u moet onthouden, om het probleem met dit mechanisme te begrijpen, is dat primaire carbocaties zeer onstabiel zijn en ze eenvoudigweg niet onder normale omstandigheden worden gevormd., Dit mechanisme is dus onmogelijk:
de enige manier om een substitutie te bereiken is door het nucleofiel en het substraat tegelijkertijd te betrekken bij de snelheidsbepalende stap:
en dit is per definitie het SN2-mechanisme.
Waarom kan tertiair SN2 niet doen?
laten we nu eens kijken waarom tertiaire substraten alleen SN1-reacties kunnen ondergaan. Als je een SN2 mechanisme zou doen op een tertiair substraat dan zou je het nucleofiel moeten laten zien dat het substraat aanvalt terwijl de vertrekkende groep er nog is (per definitie van het SN2 mechanisme)., En nogmaals, laten we hier een hypothetisch mechanisme voor tekenen:
het probleem hier is dat het nucleofiel geen ruimte heeft om toegang te krijgen tot de koolstofdragende groep. Deze koolstof wordt omgeven (sterisch gehinderd) door de naburige koolstof die de toegang van het nucleofiel blokkeren:
het nucleofiel moet wachten tot de leaving group weg is en alleen dan kan het aanvallen., Daarom wordt de snelheid van het hele proces bepaald (vertraagd) door het verlies van de leaving group, de snelheidsbepalende stap in het SN1-mechanisme.
dus, om samen te vatten:
als het substraat primair is-het is SN2
als het substraat tertiair is-het is SN1
hoe zit het met de secundaire substraten?
nu het secundaire substraat – de troublemaker. Voor secundaire substraten wordt het mechanisme grotendeels bepaald door het nucleofiel en het principe is hier dat:
een sterk nucleofiel SN2 doet, terwijl een zwak nucleofiel SN1 doet.,
in eenvoudige woorden betekent een sterk nucleofiel een reactief/agressief/onstabiel nucleofiel, dus een die een grote elektronendichtheid heeft (eenzame paren en vooral een negatieve lading) en niet gelukkig is met deze elektronendichtheid. Omdat het reactief is, zal het niet wachten tot de vertrekkende groep vertrekt voordat het aanvalt. Het valt de leaving group aan en schopt ze eruit:
in het algemeen neemt de nucleofiliteit toe met basiciteit, d.w.z. sterke basen zijn betere nucleofielen.,
Het is misschien een goed idee om de zuur-base chemie en het PKA-concept door te nemen om sterkere basen te herkennen. Hier zijn de meest voorkomende sterke nucleofielen:
Als u daarentegen een zwak nucleofiel heeft, kiest u SN1 als het primaire mechanisme voor de reactie., Zwak nucleofiel betekent dat het niet zo reactief is en niet zal aanvallen tenzij de leaving group weg is, en een carbocatie wordt gevormd:
zodra er een positief geladen koolstof aanwezig is in de oplossing, valt het nucleofiel aan omdat het, ondanks zijn zwakke, nog steeds voldoende elektronendichtheid heeft om de sterk elektrofiele koolstof van het substraat aan te vallen.
de twee belangrijkste nucleofielen zijn het water en de alcoholen.
naast het nucleofiel speelt het oplosmiddel ook een rol bij het bepalen van het belangrijkste mechanisme bij nucleofiele substitutiereacties., Hier moet je onthouden dat polaire aprotische oplosmiddelen het SN2-mechanisme bevoordelen, terwijl polaire protische oplosmiddelen het SN1-mechanisme bevoordelen.
deze twee soorten oplosmiddelen worden in onderstaande tabel gegeven.
bepalen van SN1 of SN2 op basis van de stereochemie van het product
in sommige gevallen kan u worden gevraagd het mechanisme te bepalen op basis van de structuur, voornamelijk de stereochemie, van het product.,
twee belangrijke functies die u hiervoor moet onthouden:
- SN2-mechanisme gaat door inversie van configuratie
- SN1-mechanisme gaat door racemisatie
Hier hebben we het over de absolute configuratie van de elektrofiele koolstof (degene die verbonden is met de leaving group).
dus, als je het product ziet als één stereoisomeer (d.w.z., het wordt weergegeven als een wig of een streepje – meer nauwkeurig is ofwel R-of S) dan weet je dat het moet zijn geweest van een SN2 mechanisme:
Als het product wordt weergegeven als een mengsel van twee stereo-isomeren (R en S van het elektrofiel koolstof), dan is het mechanisme moest worden SN1:
Soms, het chirale centrum kan worden weergegeven met effen of een wiggly en dit betekent dat ze kunnen worden wedge of een streepje, wat betekent dat het is een mix van R-en S-configuraties.