In questo articolo, avremo un approccio più vicino al meccanismo di reazione di sostituzione nucleofila, cioè SN1 con opportuni esempi di SN1.
Che cosa rappresenta l'uno nel meccanismo SN1? Significa che segue il primo ordine, o possiamo dire che la velocità di reazione dipende solo dalla concentrazione del substrato. Analizzeremo i fattori che governano il meccanismo di reazione con vari esempi di SN1 come stabilità carbocationica, scheletro carbonioso, gruppo uscente, solvente, ecc.
Questa reazione avviene in 2 fasi:
Fase 1: Formazione del carbocatione.
Passaggio 2: reazione del carbocatione con il nucleofilo
Fattori che influenzano il meccanismo SN1:
Struttura dello scheletro in carbonio: i composti che formano carbocationi stabili reagiscono con il meccanismo SN1. Inoltre, il substrato, che contiene buoni gruppi uscenti e sostituenti adiacenti come un gruppo fenile che stabilizza una carica positiva mesomericamente, è incline a subire la reazione SN1.
Il carbocatione più sostituito, cioè il carbonio terziario, forma facilmente il carbocatione, che è molto stabile. La stabilità del carbocatione formato come intermedio nella reazione gioca un ruolo cruciale nel determinare l'efficienza della reazione SN1.
Ordine di stabilità del carbocatione:
Terziario > secondario > primario
Nota: La planarità è così essenziale per la struttura di un carbocatione che se un catione terziario non può diventare planare, non si forma.
Gli elettrofili allilici reagiscono bene con il meccanismo SN1 poiché il catione allilico è relativamente stabile, importante esempio sn1.
Immagine di credito: chimica organica di Jonathan Clayden, Nick Greeves e Stuart Warren.
Immagine di credito: chimica organica di Jonathan Clayden, Nick Greeves e Stuart Warren.
Un catione stabile eccezionale si forma quando i tre anelli benzenici stabilizzano la stessa carica positiva. Il risultante è il catione trifenilmetil o tritil catione. Il cloruro di tritile viene utilizzato per formare un etere con un gruppo alcolico primario mediante la reazione SN1.
La piridina è usata come solvente per la reazione. La piridina non è abbastanza forte da rimuovere il protone dall'alcol primario e non avrebbe senso usare una base abbastanza forte da produrre RCH2O- poiché il nucleofilo non fa differenza per una reazione SN1. Invece, il TrCl si ionizza prima al catione tritil, che ora cattura l'alcol primario e, infine, la piridina può rimuovere il protone dallo ione ossonio.
La piridina non catalizza la reazione; impedisce che diventi troppo acido rimuovendo l'HCl formato. La piridina è anche un solvente organico polare adatto per reazioni ioniche.
Nota: La velocità di reazione dipende solo dalla concentrazione del solo substrato.
nucleofilo: Poiché il nucleofilo entra in scena dopo la fase determinante la velocità, la forza o la reattività di un nucleofilo non gioca un ruolo significativo nel meccanismo SN1.
Per saperne di più: Biosintesi | Un raggio di speranza per l'ambiente e la biotecnologia
L'effetto dell'abbandono del gruppo:
- Nel meccanismo SN1, il gruppo C-lasciante si rompe e svolge un ruolo fondamentale nella fase che determina la velocità.
- È essenziale avere un ottimo gruppo uscente affinché la reazione sia esotermica (spontanea).
- La forza del legame tra il gruppo uscente e il carbonio dovrebbe essere debole.
- Dovrebbe essere abbastanza stabile da non avere la capacità di ricombinarsi con il carbonio.
- Si dice che un gruppo uscente affidabile/preferito sia una base coniugata di un acido forte.
Basicità riguardo agli ioni di alogenuri
Lo iodio è la base più stabile e F- si dice che sia la base meno stabile.
L'efficienza degli ioni di alogenuri come gruppo uscente:
Si dice che io sia il miglior gruppo uscente e F- non un eccellente gruppo uscente.
Un gruppo che può ospitare adeguatamente si considerano gli elettroni un ottimo gruppo uscente.
Lo ione triflato è considerato un gruppo uscente eccezionale.
Conversione di un cattivo gruppo uscente in ottimo gruppo uscente
Per saperne di più: Microscopia a fluorescenza | Definizione | Lavorare | 3 Limitazioni importanti
- Portando la protonazione
- La conversione di ROH in un estere, cioè il gruppo estere solfonico è relativamente un buon gruppo uscente.
Effetto o solvente: Di solito viene effettuato in solventi protici polari perché i solventi polari stabilizzano il carbocatione intermedio, aumentando la velocità di reazione. Riduce l'effetto del nucleofilo, solvata il carbocatione e l'anione, quindi conferisce stabilità e quindi favorisce il meccanismo SN1.
Nel meccanismo Sn1 la polarità del solvente è proporzionale alla sua rispettiva costante dielettrica. La ionizzazione avviene più velocemente in solventi con polarità elevate, come acqua o alcool.
Image credit: https://youtu.be/ep-X4KCvtRk
Esempio: Considerare il tasso di solvolisi di 2-Bromo 2-metil propano si dice che sia 3 × 104 volte più veloce in etanolo acquoso al 50% rispetto a etanolo al 100%. Questa è la carica che si sviluppa nello ione intermedio. All'aumentare della polarità del solvente, aumenta la stabilità dello ione carbonio e quindi la velocità della reazione SN1. Esempio essenziale di sn1.
Per saperne di più: Stereomicroscopio | 3 parti importanti | Ingrandimento | Illuminazione
Stereochimica coinvolta nel meccanismo SN1:
- Il prodotto si ottiene con racemizzazione e diverso grado di inversione di configurazione.
- La stabilità del carbocatione è essenziale in quanto è direttamente proporzionale alla racemizzazione.
Immagine di credito: YouTube
Coppie di ioni nel meccanismo SN1:
We conoscere quel carbocatione di carbonio gli atomi consistono nell'ibridazione sp2, quindi dovrebbe essere planare e quindi achirale. Nella reazione di un substrato chirale, l'attacco può essere su entrambi i lati del piano, producendo quantità uguali di formazione di prodotti enantiomerici, dando una miscela di racemizzazione.
Al momento di molte reazioni SN1, a volte c'è un'inversione dal 6 al 21% e a volte viene mantenuta una piccola quantità di configurazione. Questi risultati possono essere spiegati citando la formazione di coppie di ioni.
Credito immagine: meccanismo di chimica organica di Ahluwalia
In contatto o coppia ionica intima, cioè, R+ non agisce come un catione libero di specie dissociate. Si osserva che il formazione del legame tra R+ e X- la simmetria è adeguatamente mantenuta, cioè l'originalità della configurazione stereochimica è mantenuta dai singoli ioni.
Quindi nel meccanismo SN1, X- solvata un catione dal lato in cui sta uscendo e le molecole di solvente attorno alla coppia ionica intima solvatano solo dal lato opposto. Ciò dà origine alla situazione in cui il carbocatione è solvato asimmetricamente. All'attacco dei nucleofili, le molecole di solvente producono prodotti invertiti.
Quando un nucleofilo attacca i carbocationi della coppia di ioni separati dal solvente, la stereochimica dei carbocationi non viene mantenuta saldamente. Ci sono possibilità che il gruppo uscente possa bloccare l'approccio di un nucleofilo a quel particolare lato del carbocatione. Pertanto i prodotti formati avranno configurazione invertita, dando una miscela di racemizzazione.
Diagramma del profilo energetico della reazione SN1: esempio sn1 bromuro di t-butile e acqua
Credito immagine: Jonathan Clayden, Nick Greeves e Stuart Warren
Il carbocatione è mostrato come una specie intermedia, con una vita finita (breve). E poiché sappiamo che il primo passo, la formazione del carbocatione, è lento, quello deve essere il passo con lo stato di transizione energetica più alto.
L'energia di quello stato di transizione, che determina la velocità complessiva della reazione, è strettamente legata alla stabilità dell'intermedio carbocationico, ed è per questo motivo che il fattore più importante nel determinare l'efficienza del meccanismo SN1 è la stabilità o altrimenti di qualsiasi carbocatione che potrebbe formarsi come intermedio.
FAQ
1. Come viene polarizzato il legame CX nel meccanismo sn1?
Succede a causa dell'elettronegatività degli alogeni.
2. Perché le reazioni sn1?
Si dice unimolecolare perché la velocità di reazione dipende solo dalla concentrazione.
3.Perché il meccanismo SN1 preferisce i solventi protici polari?
Predilige i solventi protici polari perché stabilizza l'intermedio carbocationico e riduce l'attività dei nucleofili e favorisce la reazione SN1.
4.Quale ruolo gioca la concentrazione nel meccanismo SN1?
Dipende solo dalla concentrazione del substrato e ha nessun effetto su la concentrazione dei nucleofili.
Leggi anche:
- Esempi di macchine per ruote e assi
- Esempi di batteri dello zolfo viola
- Esempi di forza centrifuga
- Esempi di sistemi isolati
- Esempi di equilibrio termico
- Esempi di forza conservativa
- Esempi di reazioni di metatesi
- Esempi di accelerazione angolare
- Esempi di condensazione
- Esempi di evaporazione
Questa è Sania Jakati di Goa. Sono un aspirante chimico e sto perseguendo la specializzazione in chimica organica. Credo che l'istruzione sia l'elemento chiave che ti trasforma in un grande essere umano sia mentalmente che fisicamente. Sono felice di essere un membro dello scintillante ramo della chimica e farò del mio meglio per contribuire con tutto ciò che posso da parte mia e Lambdageeks è la migliore piattaforma in cui posso condividere e acquisire conoscenze allo stesso tempo.