om du blir ombedd att bestämma om nukleofil substitutionen går igenom SN1 eller SN2-mekanismen, titta på följande kriterier i den givna ordningen:
1) Kontrollera substratet (alkylhalid oftast): om det är ett primärt substrat är mekanismen SN2.
2) om det är ett tertiärt substrat, är mekanismen SN1 – inga frågor, du är klar med detta.,
en påminnelse om hur man klassificerar substrat som primärt, sekundärt eller tertiärt:
Kom ihåg detta reaktivitetsdiagram för alkylhalogeniderna i SN1 och SN2-substitutionsreaktioner:
låt oss nu förstå varför det är så här. Om du skulle göra en SN1 mekanism på ett primärt substrat, skulle du få en primär carbocation. Låt oss rita en hypotetisk SN1-mekanism. Kom ihåg att SN1 betyder att den lämnar gruppen och först därefter nukleofila attacker., Det är definitionen av SN1-mekanismen, det är en unimolekylär mekanism, d.v. s. endast en av reaktanterna (i detta fall substratet) deltar i hastighetsbestämningssteget:
vad du behöver komma ihåg, för att förstå problemet med denna mekanism är att primära karbokationer är mycket instabila och de bildas helt enkelt inte under normala omständigheter., Så, denna mekanism är omöjlig:
det enda sättet att uppnå en substitution är att involvera nukleofilen och substratet samtidigt i det hastighetsbestämande steget:
och detta är per definition SN2-mekanismen.
Varför kan inte tertiary göra SN2?
låt oss nu se varför tertiära substrat endast kan genomgå SN1-reaktioner. Om du skulle göra en SN2-mekanism på ett tertiärt substrat måste du visa nukleofilen som angriper substratet medan den lämnar gruppen fortfarande är där (per definition av SN2-mekanismen)., Och igen, låt oss rita en hypotetisk mekanism för detta:
problemet här är att nukleofilen inte har utrymme för att komma åt kolet som bär den avgående gruppen. Detta kol är omgivet (steriskt hindrat) av de närliggande kolen som blockerar nukleofilens åtkomst:
nukleofilen måste vänta tills den lämnar gruppen är borta och först då kan den attackera., Därför bestäms hela processens hastighet (saktas ner) genom förlusten av den vänstra gruppen, vilket är det steg som bestämmer steget i SN1-mekanismen.
så, för att sammanfatta:
om substratet är primärt-det är SN2
om substratet är tertiärt-det är SN1
vad sägs om sekundära substrat?
nu det sekundära substratet – bråkmakaren. För sekundära substrat bestäms mekanismen i stor utsträckning av nukleofilen och principen här är att:
en stark nukleofil gör SN2, medan en svag nukleofil gör SN1.,
i enkla ord betyder en stark nukleofil en reaktiv / aggressiv / instabil nukleofil, så en som har en stor elektrondensitet (ensamma par och speciellt en negativ laddning) och är inte glad att hantera denna elektrondensitet. Eftersom det är reaktivt kommer det inte att vänta på att gruppen lämnar innan den attackerar. Det angriper och sparkar ut den avgående gruppen:
i allmänhet ökar nukleofiliciteten med grundlighet, dvs. starka baser är bättre nukleofiler.,
det kan vara en bra idé att gå över syra-bas Kemi och PKA konceptet att känna igen starkare baser. Här är de vanligaste starka nukleofilerna:
om du å andra sidan har en svag nukleofil, välj SN1 som den primära mekanismen för reaktionen., Svag nukleofil betyder att den inte är lika reaktiv och kommer inte att attackera om inte den avgående gruppen är borta, och en karbokation bildas:
När det finns ett positivt laddat kol närvarande i lösningen, har nukleofilattackerna sedan, trots att den är svag, fortfarande tillräcklig elektrondensitet för att attackera substratets starkt elektrofila kol.
de två huvudsakliga nukleofilerna är vatten och alkoholer.
förutom nukleofilen spelar lösningsmedlet också en roll för att bestämma den huvudsakliga mekanismen vid nukleofila substitutionsreaktioner., Här måste du komma ihåg att polära aprotiska lösningsmedel gynnar SN2-mekanismen, medan polära protiska lösningsmedel gynnar SN1-mekanismen.
dessa två typer av lösningsmedel anges i tabellen nedan.
bestämning av SN1 eller SN2 baserat på produktens stereokemi
i vissa fall kan du bli ombedd att bestämma mekanismen baserat på produktens struktur, främst stereokemi.,
två viktiga funktioner som du måste komma ihåg för detta:
- SN2-mekanismen går igenom inversion av konfigurationen
- SN1-mekanismen går igenom racemiseringen
här talar vi om den absoluta konfigurationen av det elektrofila kolet (den som är ansluten till den avgående gruppen).
Så, om du ser produkten som en stereoisomer (dvs., det visas som en kil eller ett streck – mer exakt är det antingen R eller S) då vet du att det måste ha varit en SN2 mekanism:
om produkten visas som en blandning av två stereoisomerer (r och s av det elektrofila kolet), då mekanismen måste vara SN1:
Ibland kan kiralcentret visas med vanlig eller en wiggly-linje och detta indikerar att de kan vara kil eller bindestreck, vilket betyder att det är en blandning av r-och s-konfigurationer.