‹#›

RJC

Substytucja nukleofilowa S

Substytucja nukleofilowa S

N

N

2

2

Substytucja nukleofilowa S

Substytucja nukleofilowa S

N

N

2

2

Slides 1 to 28

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

δ

δ

‹#›

RJC

Substytucja nukleofilowa

Substytucja nukleofilowa

Nukleofil (Nu) zastępuje grupę opuszczającą (Y) 

Nukleofil (Nu) zastępuje grupę opuszczającą (Y) 

w cząsteczce substratu.

w cząsteczce substratu.

Nu

+ CH

3

Y

Nu

CH

3

+

Y

‹#›

RJC

S

S

N

N

1 versus S

1 versus S

N

N

2

2

Istnieją dwa mechanizmy słuŜące wyjaśnieniu 

Istnieją dwa mechanizmy słuŜące wyjaśnieniu 

przebiegu tych dwóch róŜnych reakcji;

przebiegu tych dwóch róŜnych reakcji;

S

N

1

S

N

2

S

N

1

S

N

2

SUBSTYTUCJA 

NUKLEOFILOWA

1

go

rzędu

Nucleophilic 

Substitution

2

go

rzędu

‹#›

RJC

ZaleŜy tylko od stęŜenia substratu, poniewaŜ 

ZaleŜy tylko od stęŜenia substratu, poniewaŜ 

określa on stan przejściowy określający szybkość 

określa on stan przejściowy określający szybkość 

reakcji.

reakcji.

S

S

N

N

1 : Szybkość reakcji

1 : Szybkość reakcji

substrat

Nu

+ CH

3

Y

Nu

CH

3

+

Y

‹#›

RJC

S

S

N

N

2 : Szybkość reakcji

2 : Szybkość reakcji

Zarówno nukleofil jak i substrat  są włączone w 

Zarówno nukleofil jak i substrat  są włączone w 

stan przejściowy, który określa szybkość reakcji.

stan przejściowy, który określa szybkość reakcji.

Substrat &

nukleofil

Nu

+ CH

3

Y

Nu

CH

3

+

Y

‹#›

RJC

Mechanizm S

Mechanizm S

N

N

2

2

Reakcja przebiega w jednym etapie.

Reakcja przebiega w jednym etapie.

Nu

.... 

CH

3

.... 

Y

Nu + CH

3

Y

NuCH

3

+  Y

Energia

Przebieg reakcji

‹#›

RJC

S

S

N

N

2 : Mechanizm & Stereochemia

2 : Mechanizm & Stereochemia

R

1

1

inwersja

inwersja

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

Y

R

1

R

2

R

3

Nu

δ

δ

‹#›

RJC

S

S

N

N

2 : Profil energetyczny reakcji

2 : Profil energetyczny reakcji

Szybkość reakcji jest określona przez 

Szybkość reakcji jest określona przez 

∆∆

G

G

‡

‡

Nu

.... 

CH

3

.... 

Y

Nu + CH

3

Y

NuCH

3

+  Y

Energia

Postęp reakcji

∆

G

‡

‹#›

RJC

Czynniki określające 

Czynniki określające 

∆∆∆∆∆∆∆∆

G

G

‡

‡

Substrat

Nukleofil

Nukleofil

Grupa opuszczająca

Rozpuszczalnik

‹#›

RJC

Struktura substratu

Struktura substratu

Sterycznie zatłoczony substrat jest mniej podatny 

Sterycznie zatłoczony substrat jest mniej podatny 

na atak nukleofila.

na atak nukleofila.

CH

3

Br

CH CH

Br

Zmniejszająca się reaktywność S

N

2 

CH

3

CH

2

Br

(CH

3

)

2

CH

Br

(CH

3

)

3

CCH

2

Br

(CH

3

)

3

C

Br

‹#›

RJC

Na przykład ... bromometan

Na przykład ... bromometan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 zachodzi bardzo szybko.

2 zachodzi bardzo szybko.

90°

Br

H

H

H

‹#›

RJC

Na przykład ... bromoetan

Na przykład ... bromoetan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 zachodzi szybko.

2 zachodzi szybko.

90°

Br

CH

3

H

H

‹#›

RJC

Na przykład ... 2

Na przykład ... 2--bromopropan

bromopropan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 zachodzi.

2 zachodzi.

90°

Br

CH

3

H

CH

3

‹#›

RJC

Na przykład ...2,2

Na przykład ...2,2--dimetylo

dimetylo--1

1--

bromopropan

bromopropan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 zachodzi bardzo wolno.

2 zachodzi bardzo wolno.

90°

Br

C

H

H

CH

3

CH

3

CH

3

‹#›

RJC

Na przykład ... 2

Na przykład ... 2--bromo

bromo--2

2--metylopropan

metylopropan

Reakcja S

Reakcja S

N

N

2 wcale nie zachodzi.

2 wcale nie zachodzi.

90°

Br

CH

3

CH

3

CH

3

‹#›

RJC

Względne szybkości reakcji

Względne szybkości reakcji

bromometan                   

3,000,000

bromoetan                       

100,000

2-bromopropan                 

25,000

2,2-dimetylo-1-bromopropan            

1

2-bromo-2-metylpropan  

0

‹#›

RJC

Nukleofil

Nukleofil

Istnieją nukleofile o zróŜnicowanej aktywności.

Istnieją nukleofile o zróŜnicowanej aktywności.

I

-

HO

-

NH

I

-

HO

-

NH

3

anion jodkowy

anion 
hydroksylowy 

amoniak

Malejąca nukleofilowość

‹#›

RJC

I

-

HO

-

NH

Nukleofilowość

Nukleofilowość

W przybliŜeniu, szereg nukleofilowości pokrywa 

W przybliŜeniu, szereg nukleofilowości pokrywa 

się z szeregiem zasadowości.

się z szeregiem zasadowości.

••

••

•

•

•

•

••

••

••

••

•

•

I

-

HO

-

NH

3

anion jodkowy

anion hydroksylowy

amoniak 

Malejąca zasadowość

••

••

•

•

•

•

••

••

•

•

•

•

•

•

•

•

‹#›

RJC

Popularne nukleofile

Popularne nukleofile

HS 

-

125

HO 

-

16

Wz. reaktyw.

Nu

Nu

Wz. reak.

CN 

-

125

Cl 

-

1.0

I 

-

100

NH

3

0.7

CH

3

O 

-

25

H

2

O

0.001

‹#›

RJC

Grupa opuszczająca

Grupa opuszczająca

Grupa Y jest dobrą grupą odchodzącą, jeŜeli 

Grupa Y jest dobrą grupą odchodzącą, jeŜeli 

jednocześnie jest słabym nukleofilem (słabą 

jednocześnie jest słabym nukleofilem (słabą 

zasadą ?).

zasadą ?).

Nu

+ CH

3

Y

Nu

CH

3

+  

Y

‹#›

RJC

NajwaŜniejsze grupy odchodzące

NajwaŜniejsze grupy odchodzące

TsO 

-

60

F 

-

0.001

Wz. Reak.

Y

Y

Wz. Reak. 

I 

-

30

HO 

-

0

Br 

-

10

H

2

N 

-

0

Cl 

-

0.2

RO 

-

0

‹#›

RJC

Anion tosylanowy jest dobrą grupą odchodzącą 

Anion tosylanowy jest dobrą grupą odchodzącą 

Stabilizacja rezonansowa poprawia zdolność grupy 

Stabilizacja rezonansowa poprawia zdolność grupy 

odchodzącej.

odchodzącej.

Nu 

-

+  R

OTs

Nu

R  +  

TsO 

-

‹#›

RJC

Wpływ rozpuszczalnika

Wpływ rozpuszczalnika

Nukleofile są to cząsteczki ‘wzbogacone’ w 

Nukleofile są to cząsteczki ‘wzbogacone’ w 

elektrony i dlatego polarne rozpuszczalniki są 

elektrony i dlatego polarne rozpuszczalniki są 

potrzebne jako właściwe środowisko dla reakcji 

potrzebne jako właściwe środowisko dla reakcji 

S

S

N

N

2.

2.

“...Podobne rozpuszcza podobne...”

“Polarne rozpuszczają polarne ...”

“Nie-polarne rozpuszczają nie-polarne...”

‹#›

RJC

Solwatacja

Solwatacja

Rozpuszczalniki hydroksylowe solwatują 

Rozpuszczalniki hydroksylowe solwatują 

cząsteczkę nukleofila (Nu) i dlatego zmniejszają 

cząsteczkę nukleofila (Nu) i dlatego zmniejszają 

jej reaktywność.

jej reaktywność.

Nu 

-

••

•

•

•

• •

••

•

•

• • • •

‹#›

RJC

Najlepszymi rozpuszczalnikami dla reakcji S

Najlepszymi rozpuszczalnikami dla reakcji S

N

N

2 są 

2 są 

polarne rozpuszczalniki aprotyczne;

polarne rozpuszczalniki aprotyczne;

Acetonitryl .... CH

3

CN

Polarne rozpuszczalniki aprotyczne

Polarne rozpuszczalniki aprotyczne

DMSO .......... (CH

3

)

2

SO

HMPA ....... [(CH

3

)

2

N]

3

PO

‹#›

RJC

Na przykład ...

Na przykład ...

W HMPTA (czas reakcji 1 h)

W HMPTA (czas reakcji 1 h)

W CH

W CH

3

3

OH (czas reakcji 22.8 lat!)

OH (czas reakcji 22.8 lat!)

Na

N

+ CH CH CH CH

Br

Na

N

3

+ CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

Br

Na

Br

+ CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

N

3

‹#›

RJC

Podsumowanie

Podsumowanie

Substytucja nukleofilowa S

N

2

Inwersja konfiguracji

Diagram energetyczny reakcji S

N

2

Nukleofile, grupa opuszczająca, zawada 

steryczna

steryczna

Nukleofil i nukleofilowość

Anion tosylanowy

Rozpuszczalnik i solwatacja

Polarne rozpuszczalniki aprotyczne