6.13
이 수업에서는 SN1 반응의 입체화학적 결과에 대한 심도 있게 논의합니다.
SN1 반응의 첫 번째 단계에서 친전자성 탄소와 이탈기 사이의 결합이 이온화되어 탄소 양이온 중간체를 생성합니다. 메커니즘의 두 번째 단계는 친핵성 공격입니다.
형성된 탄수화물에서 양전하를 띤…
뉴클레오필성 대체 반응에서, 제품의 입체적 결과, 즉, 반전 또는 구성의 유지, 치랄 기판에서 치환이 발생하는 경우 연구될 수 있다.
SN2반응은 뉴클레오필이 백사이드로부터 기판을 직접 공격하기 때문에 입체적으로 특이적이며, 이는 변함없이 반전된 생성물을 초래한다.
반면,SN1반응은 고정관념이 아니다. 이는 기판이 먼저 이온화되어 동일한 평면에 누워 있는 3개의 대체체와 함께 sp2 혼성 화된 환전 중간체를 생성하기 때문이다.
뉴클레오필은 동등한 가능성으로 양쪽에서 카보케이션에 접근합니다. 전면에서 공격이 제품의 구성 유지로 이어지는 반면, 뒷면 공격으로 구성이 반전됩니다.
주뇌 기판을 사용하는 경우, 뉴클레오필성 공격 모드에 관계없이 제품의 구성은 동일하게 유지됩니다.
기판이 치랄일 때 완전한 레이스가 예상되어 제품의 엔안티오머의 레이스메이트가 됩니다. 그러나, 더 일반적으로, 부분 적인 레이미즘 발생, 반전 된 제품의 내포성 과잉 발생.
이것에 대한 그럴듯한 설명은 기판의 이온화 단계에 있으며, 여기서 카보케이션과 떠나는 그룹은 느슨하게 연관되어 확산되기 전에 약 10 나노 초 동안 친밀한 이온 쌍을 형성합니다.
이 연합 중에 떠나는 그룹은 전방 공격으로부터 카보케이션을 부분적으로 보호합니다. 따라서, 뉴클레오필은 방해받지 않는 뒤쪽으로부터 탄소 센터를 공격하여 반전된 생성물을 초래한다.
이온 쌍이 완전히 해리된 후, 카보케이션은 양 끝에서 교체를 거치며 racemic 제품을 산출할 확률이 동일합니다. 대체 과정에서 반전과 레이미화가 모두 발생하기 때문에 반전된 제품의 순 초과가 얻어진다.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: Why is SN1 reaction stereochemistry different from SN2?
SN1 reactions are not stereospecific because the substrate ionizes to form an sp2 hybridized carbocation intermediate with trigonal planar geometry. The nucleophile can attack from either the front or back side with equal likelihood, producing both retention and inversion of configuration. In contrast, bimolecular nucleophilic substitution SN2 reactions are stereospecific, with the nucleophile attacking exclusively from the backside, invariably inverting the product's configuration.
Q2: What is the structure of the carbocation intermediate in an SN1 reaction?
The carbocation intermediate formed during SN1 ionization is sp2 hybridized with trigonal planar geometry. All three substituents lie in the same plane, creating a plane of symmetry that makes the carbocation achiral. This symmetrical structure allows nucleophiles to approach the carbon center from either side with equal probability, enabling both frontside and backside attacks.
Q3: How does the intimate ion pair affect SN1 stereochemical outcomes?
During ionization, the carbocation and leaving group remain loosely associated as an intimate ion pair for approximately ten nanoseconds before diffusing apart. The leaving group partially shields the carbocation from frontside attack during this period. This shielding directs the nucleophile to attack the unhindered backside, producing an excess of inverted product rather than complete racemization.
Q4: Why do SN1 reactions produce enantiomeric excess instead of complete racemization?
Complete racemization cannot occur because the intimate ion pair shields the carbocation from frontside attack, favoring backside nucleophilic attack and inversion of configuration. After the ion pair fully dissociates, both sides of the carbocation become equally accessible, yielding a racemic mixture. The combination of these two phases results in a net excess of the inverted enantiomer rather than equal amounts of both.
Q5: What is the difference between frontside and backside attack in SN1 reactions?
Frontside attack occurs when the nucleophile approaches the carbocation from the same side as the leaving group, resulting in retention of configuration. Backside attack occurs from the opposite side, producing inversion of configuration. Both attack modes are possible because the trigonal planar carbocation is symmetrical, though the intimate ion pair initially favors backside attack by shielding the frontside.
Q6: How does substrate chirality affect SN1 product stereochemistry?
When an achiral substrate undergoes SN1 substitution, the product's configuration remains unchanged regardless of attack direction. When a chiral substrate is used, the reaction produces a mixture of enantiomers. Complete racemization is theoretically expected, but partial racemization occurs in practice, generating an enantiomeric excess with predominantly inverted product due to ion pair shielding effects.
Q7: What happens after the carbocation and leaving group fully dissociate in an SN1 reaction?
Once the intimate ion pair fully dissociates, the carbocation becomes completely symmetrical with both sides equally accessible to nucleophilic attack. The nucleophile can now attack from either the frontside or backside with equal probability, yielding a racemic mixture of products. This dissociation phase contributes to the overall enantiomeric excess of inverted product observed in SN1 reactions.