تصمیم SN1/SN2/E1/E2: نقش هسته دوست

آخرین بار در مورد فرآیند تصمیم گیری در مورد اینکه آیا واکنشی از طریق S انجام می شود صحبت کردم_ن1، اس_ن2، E1، یا E2 به عنوان پرسیدن یک سری سوال. من آن را صدا می زنم راهنمای Quick N’ Dirty To S_ن1/S_ن2/E1/E2. این قسط دوم است.

پس از تعیین اینکه آیا بستر شما اولیه، ثانویه، سوم یا متیل است، هسته دوست/پایه را بررسی کنید.

هنگامی که به یک واکنش نگاه کردیم و متوجه شدیم که آن واکنش را دارد پتانسیل برای ادامه از طریق SN1/SN2/E1/E2 – یعنی آلکیل هالید، آلکیل سولفونات (به اختصار OTs یا OMs) یا الکل است – و پرسیده شد که آیا کربن متصل به گروه ترک اولیه، ثانویه یا سوم است، در ادامه می‌توانیم به آن نگاه کنیم معرف برای واکنش

در واکنش های جایگزینی، الف هسته دوست پیوند جدیدی با کربن ایجاد می کند و پیوند بین کربن و گروه ترک شکسته می شود. در واکنش های حذف، الف پایه با یک پروتون از کربن پیوند جدیدی تشکیل می دهد، پیوند CH می شکند، پیوند CC π تشکیل می شود و پیوند بین کربن و گروه ترک شکسته می شود.

در این مورد سردرگمی زیادی از سوی دانشجویان وجود دارد. “از کجا بفهمم هسته دوست چیست و پایه چیست؟”

چه چیزی هسته دوست باشد یا یک پایه بستگی به نوع پیوندی دارد که در واکنش ایجاد می شود. گونه ای مانند NaOH را در نظر بگیرید. هم یک پایه قوی است و هم یک هسته دوست خوب. هنگامی که در حال تشکیل پیوند با هیدروژن است (مثلاً در یک واکنش حذف)، می گوییم که به عنوان یک پایگاه عمل می کند. به طور مشابه، هنگامی که در حال تشکیل پیوند با کربن است (مانند واکنش جایگزینی) می گوییم که به عنوان یک هسته دوست عمل می کند.

به عبارت دیگر این یک رابطه است. به عنوان مثال، زمانی که من با همسرم تعامل دارم، به عنوان یک شوهر با او تعامل دارم. وقتی با مادرم صحبت می کنم، به عنوان یک پسر با او ارتباط برقرار می کنم. من همان شخص هستم، اما بسته به اینکه با چه کسی در ارتباط هستم، نام های متفاوتی برای رابطه ما وجود دارد.

به هر حال. همه اینها مقدمه ای برای تصمیم گیری کلیدی برای امروز است که این است:

1. متهم بازها/نوکلئوفیل ها تمایل به انجام S دارند_نواکنش های 2/E2.
2. واکنش ها که در آن خنثی بازها/نوکلئوفیل‌هایی که درگیر هستند تمایل به عبور از کربوکاتیون‌ها دارند (یعنی تمایل به S دارند_ن1/E1).

از نو: Quick N’ Dirty یک مجموعه 80/20 از اصول است. استثنا هم هست!!! اما این چارچوب در اکثر مواقع به ما کمک خواهد کرد.

یک هسته دوست یا پایگاه “شارژ” چیست؟

بیایید ابتدا در مورد هسته دوست های باردار صحبت کنیم. مهم است که بتوانیم هسته دوست های باردار را تشخیص دهیم. اتهامات اغلب به زبان نوشته نمی شوند، بلکه “ضمنی” هستند. به عنوان مثال، NaOEt (اتوکسید سدیم) در واقع یک پیوند یونی بین Na(+) و (-)OEt دارد، حتی اگر خود بارها به داخل نوشته نشده باشند (ما شیمیدان ها در این راه تنبل هستیم). بنابراین، برای مثال، اگر Na، K یا Li را ببینید، به یک هسته/پایه باردار نگاه می کنید. این که K، Na یا Li باشد برای اهداف ما مهم نیست – اینها فقط یون های تماشاگر هستند.

در هر دو S_نمسیرهای 2 و E2 واکنش “هماهنگ” است – به این معنی که هسته دوست/پایه پیوندی را با شکستن پیوند C-LG تشکیل می دهد. از آنجایی که در حالت گذار شکستگی قابل توجهی وجود دارد، سد انرژی برای این مرحله بیشتر از مرحله (دوم) E1 یا S است._ن1 ما برای انجام این واکنش ها به یک هسته دوست/پایه قوی تری نیاز داریم. به یاد بیاورید که پایه مزدوج همیشه یک هسته دوست قوی تر است. گونه های با بار منفی چگالی الکترونی بالاتری دارند و نسبت به همتایان خنثی خود واکنش پذیرتر هستند.

قانون Quick N’ Dirty #3:

اگر یک نوکلئوفیل/پایه باردار می بینید، می توانید تشکیل کربوکاتیون را رد کنید (یعنی SN1/E1 را رد کنید). به عبارت دیگر، واکنش S خواهد بود_ن2/E2.

بسته به اینکه گونه باردار چقدر پایه قوی است، می‌توانیم چیزها را حتی بیشتر تجزیه کنیم. برای نمونه هایی که می توانیم از استحکام پایه برای رد E2 استفاده کنیم، به قسمت پایین این پست بروید.

واکنش های بازهای خنثی/هسته دوست

بازها/هسته دوست های خنثی نسبت به بازها/هسته دوست ها با بار منفی ضعیف تر هستند. برای اینکه آنها در واکنش‌های جایگزینی یا حذفی شرکت کنند، معمولاً گروه ترک باید ابتدا حرکت کنند و یک کربوکاتیون بدهند.

قانون Quick N’ Dirty #4: اگر گونه‌ای باردار را نمی‌بینید، احتمالاً به واکنشی نگاه می‌کنید که از طریق یک کربوکاتیون (یعنی S_ن1 یا E1).

یک مورد خاص که قابل ذکر است این است که اسید قوی مانند H را می بینید₂بنابراین₄ یا HCl با یک الکل به عنوان سوبسترا. مگر اینکه به یک الکل اولیه نگاه کنید (که در آن کربوکاتیون ها بسیار ناپایدار هستند) واکنش ها در این موارد تقریباً همیشه از طریق کربوکاتیون ها انجام می شود.

دیدن یک هسته دوست خنثی در حضور یک هسته باردار غیرمعمول نیست (به مثال 2، در زیر مراجعه کنید). در این صورت احتمالاً به عنوان حلال عمل می کند. در ادامه در مورد حلال ها صحبت خواهیم کرد.

در اینجا نموداری وجود دارد که در آن سؤال دوم را برای تعیین اینکه آیا یک واکنش S است ارزیابی می کنیم_ن1، اس_ن2، E1، یا E2 (در زیر).

بزرگترین نقطه ضعف رویکرد Quick N’ Dirty چیست؟ این یک ساده سازی بیش از حد است. نتیجه گیری اینکه یک واکنش “SN2 را بدست می آورد” یا “E2 را به دست می آورد” ممکن است این تصور را ایجاد کند که 100٪ SN2 یا 100٪ E2 می دهد، و مطمئناً اینطور نیست! اغلب، این واکنش ها با یکدیگر رقابت می کنند، و بنابراین می توانند ایجاد کنند محصولات مخلوط برای مثال وقتی می‌گویم «SN2»، منظورم این است بیشتر SN2. احتمالاً محصولات دیگری نیز در آنجا وجود دارد.

درس کلیدی در اینجا درک مفاهیم است – “چه شرایطی به نفع هر واکنش است؟” و سپس قادر به درخواست دادن قوانینی که در مورد هر واکنش برای ترسیم محصول مناسب می دانید.

پست بعدی: نقش حلال

——–END QUICK N’ DIRTY GUIDE TO SN1/SN2/E1/E2 PART 2 ——————

توضیح: هسته دوست های خوب که پایه های ضعیفی هستند

برخی از نوکلئوفیل های باردار در واقع بازهای ضعیفی هستند. در اینجا یک قانون کلی خوب وجود دارد: اگر اسید مزدوج باز/هسته دوست کمتر از 12 باشد، واکنش E2 بسیار بعید خواهد بود. بنابراین اگر یک هسته دوست مانند NaCl، NaBr، KCN و غیره ببینید، به نفع S خواهد بود._ن2 بیش از E2.

(این یک روش دقیق تر برای گفتن این است که پایه های ضعیف واکنش های E2 را انجام نمی دهند).

در مقابل، پایه حجیم زیر (یون ترت بوتوکسید) یک باز قوی است اما به دلیل مانع فضایی زیاد، یک هسته دوست ضعیف است، بنابراین احتمال واکنش E2 بسیار بیشتر از S است._ن2.

استثنا: هسته دوست های خنثی در S_نواکنش های 2 و E2

یک دسته از نوکلئوفیل ها/بازهای خنثی که به راحتی واکنش های E2 (و SN2) را انجام می دهند آمین ها هستند. برای مثال، آلکیل هالید ثالثیه زیر از طریق E2 در اینجا حذف می شود، اگرچه قوانین Quick N’ Dirty SN1/E1 را می طلبد. آمین ها معمولاً مفیدترین هسته دوست برای انجام S نیستند_ناما به دلیل اینکه منجر به آلکیلاسیون بیش از حد و تشکیل نمک آمونیوم می شوند. [See: Alkylation of Amines (Sucks!)]

در نهایت، گونه های خنثی نیز وجود دارند که هسته دوست خوب (و بازهای ضعیف) مانند PPh هستند.₃، در زیر

استثنا: هسته دوست های باردار در S_ن1 واکنش ها

همچنین امکان استفاده از نوکلئوفیل های باردار در S_ن1 واکنش تحت شرایط خاص. به عنوان مثال، اگر یک آلکیل هالید درجه سوم در حضور غلظت بالایی از یک نوکلئوفیل خوب (اما باز ضعیف) مانند موارد بالا دارید، کربوکاتیونی که تشکیل می شود می تواند توسط آن هسته دوست رهگیری شود. مثلا:

در اینجا، نوکلئوفیل خوب (یون سیانید)، اگر به مقدار زیاد وجود داشته باشد، می تواند بر هسته دوست ضعیف (حلال) غلبه کند. البته داور نهایی چنین اظهاراتی آزمایشات واقعی هستند.

---

آیا با SN1/SN2/E1/E2 مبارزه می کنید؟ برگه‌های خلاصه Org 1 ما (PDF) حاوی یک فلوچارت تمام صفحه در مورد تصمیم‌گیری SN1/SN2/E1/E2، و همچنین دو صفحه دیگر که خلاصه‌ای از واکنش‌های جایگزینی و حذفی، علاوه بر بسیاری از موضوعات دیگر Org 1 است.

---