6.2
Wiele reakcji chemii organicznej przebiega w warunkach katalizowanych kwasem lub zasadą, w tym w reakcjach substytucji nukleofilowej.
Rozważmy prostą reakcję kwasowo-zasadową kwasu solnego z wodorotlenkiem sodu. Tutaj jon wodorotlenkowy jest gatunkiem bogatym w elektrony i działa jak zasada Lewisa. Deprotonuje kwaśny wodór, tworząc jony wodne i chlorkowe jako sprzężoną zasadę HCl.
Rozważmy teraz reakcję substytucji nukleofilowej między chlorometanem a wodorotlenkiem sodu. Wodorotlenek sodu pozostaje bogatym w elektrony składnikiem określanym jako nukleofil. Jon wodorotlenkowy jest sprzężoną zasadą wody, która jest słabym kwasem o pKa 15,7. Jest to więc silna sprzężona zasada i silny nukleofil.
Z drugiej strony chlorometan jest pierwszorzędowym halogenkiem alkilu. Tutaj składnik z niedoborem elektronów jest analogiczny do kwasu Lewisa i nazywa się elektrofilem.
Podobnie jak w reakcji kwasowo-zasadowej, jon wodorotlenkowy reaguje z elektrofilem, oddając swoją samotną parę elektronów i tworząc nowe wiązanie z węglem.
Jednocześnie wiązanie między chlorkiem, zwanym grupą opuszczającą, a węglem pęka, a jon chlorkowy odchodzi, zabierając ze sobą oba elektrony.
Jednak substytucja nukleofilowa może przebiegać również w inny sposób. Rozważ reakcję między 2-bromo-2-metylopropanem, substratem trzeciorzędowym, a wodą, gdzie działa on zarówno jako rozpuszczalnik, jak i nukleofil. Reakcja, w której rozpuszczalnik zachowuje się jak nukleofil, jest znana jako solfoliza.
Po jonizacji w rozpuszczalniku polarnym najpierw zrywa się wiązanie między substratem trzeciorzędowym a grupą opuszczającą. Grupa opuszczająca pobiera oba elektrony z wiązania, tworząc ustabilizowany karbokation.
Woda, mająca dwie samotne pary, działa jak nukleofil i oddaje jedną parę elektronów do elektrofilowego karbokationu, tworząc gatunek oksonium. W wyniku deprotonacji powstaje 2-metylopropan-2-ol.
Ale co decyduje o mechanizmie reakcji? Jak pokazano w późniejszych lekcjach, na mechanizm substytucji nukleofilowej ma wpływ charakter substratu, biegunowość grupy, nukleofilu, elektrofilu i rozpuszczalnika.
Perspektywa historyczna
W 1896 roku niemiecki chemik Paul Walden odkrył, że może przekształcić czyste enancjomeryczne (+) i (-) kwasy jabłkowe w drodz…
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.