Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Organic Chemistry II

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 
Click here for the English version

החלפה נוקלאופילית

Overview

מקור: Vy M. דונג ודניאל קים, המחלקה לכימיה, אוניברסיטת קליפורניה, אירווין, קליפורניה

תגובות החלפה נוקלופילית הן בין הנושאים הבסיסיים ביותר המכוסים בכימיה אורגנית. תגובת החלפה נוקלופילית היא תגובה שבה נוקלאופילי (בסיס לואיס עשיר באלקטרונים) מחליף קבוצת עזיבה מאטום פחמן.

SN1 (S = החלפה, N = נוקלופילית, 1 = קינטיקה מסדר ראשון)
SN2 (S = החלפה, N = נוקלופילית, 2 = קינטיקה מסדר שני)

וידאו זה יעזור לדמיין את ההבדלים העדינים בין תגובת SN1 ו- SN2 ומה הגורמים עוזרים להאיץ כל סוג של תגובת החלפה נוקלופילית. החלק הראשון יתמקד בתגובות שיעזרו להבין טוב יותר וללמוד על תגובות החלפה נוקלופילית. החלק השני יתמקד בדוגמה מהעולם האמיתי לתגובת החלפה.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

בתגובת החלפה נוקלופילית, נוקלאופילי מחליף קבוצת עזיבה על אטום פחמן. החלפה נוקלופילית בשלב אחד היא דוגמה למנגנון SN2. תגובה זו היא תגובה מתואמת שבה הקשרים נשברים ומתגבשים מתרחשים בו זמנית. דבר אחד שיש לזכור הוא כי מסלולית מולקולרית המעורבים בתגובה מצביעים על כך ההתקפה נוקלאופילי חייב לבוא ב 180 ° מקבוצת העזיבה. לכן, יש המכינים את תגובת SN2 "התקפה אחורית". התקפה אחורית זו מתקנת את הסטריאוטיכימיה על הפחמן המגיב. זוהי דוגמה לתגובה סטריאו-ספקטית שבה הסטריאוטיכימיה בתחילת התגובה מכתיבה את התוצאה של הסטריאוטיכימיה לאחר התגובה.

Figure 1

החלפה נוקלופילית דו-שלבית היא דוגמה למנגנון SN1. בשלב הראשון, קבוצת העוזבים עוזבת ויוצרת ביניים הנקרא קרבוק. בשלב השני, הנוקלאופילי תוקף את הקרבוט. מאז carbocation הוא achiral (לא כיראלי), כל סטריאוטיפיה בתחילת התגובה הולך לאיבוד. המוצר הוא עדיין כיראלי, אבל עכשיו הוא תערובת שווה של שני enantiomers אשר נקרא תערובת racemic. תגובות SN1 אינן סטריאו-ספציפיות.

Figure 2

בשני חלקים נבחן את הגורמים המשפיעים על השיעורים היחסיים של תגובות SN1 ו- SN2.

בחלק הראשון, נלמד את תגובת SN1 באמצעות 11 תגובות מבחנה. לכל התגובות יש את אותה ערכת תגובה כללית:

Figure 3

כל שיעורי התגובות הם יחסיים זה לזה. קצב התגובה ייקבע על ידי האינדיקטור החזותי בתגובה. מכיוון שכסף כלוריד יוצא מהפתרון, ברגע שהתגובה עוברת ברורה לעננת נותן אינדיקציה חזותית למהירות התגובה היחסית.

בשלוש מתגובות המבחנה, כיצד מבנה האלקיל הייליד ממלא תפקיד בקצב התגובות ייבדק. שלושה אלקל כלורידים שונים באותם תנאים ייבדקו:

Figure 4

בשתיים מתגובות המבחנה, השפעות הקוטביות הממסית על התגובה ייבחנו. שני ממיסים שונים ייבדקו:

מבחנה הממס סוג ממס
1 100% אתנול פרוטי קוטבי
2 5% אתנול:95% אצטון בעיקר אפרוטית קוטבית

בשתיים מהתגובות במבחנה, ההשפעות הקבוצתיות העוזבות ייבדקו. שני אלקילים הלידים שונים ישמשו:

Figure 5

לבסוף, ארבע מהמבחנות ישמשו למדידת חוק התעריף של התגובות. קצב התגובה יימדד בריכוזים שונים של פתרון נתרן יודיד ופתרונות ברומבוטניים 1.

מבחנה טרט-בוטיל כלוריד
ריכוז
כסף חנקתי
ריכוז
זמן עד המשקעים
1 0.1 מטר 0.1 מטר
2 0.2 מטר 0.1 מטר
3 0.1 מטר 0.1 מטר
4 0.1 מטר 0.05 מטר

בחלק השני, נלמד את תגובת SN2 באמצעות 11 תגובות מבחנה. לכל התגובות יש את אותה ערכת תגובה כללית:

Figure 6

כל שיעורי התגובות הם יחסיים זה לזה. קצב התגובה ייקבע על ידי האינדיקטור החזותי של נתרן כלורי או נתרן ברומיד מזרז מתוך פתרון. זה יצוין כאשר התגובה עוברת ברורה לענן.

בשלוש מתגובות המבחנה, כיצד מבנה האלקיל הייליד ממלא תפקיד בקצב התגובות ייבדק. זה ישווה את ההשפעות הסטריות של הפחמן כי הוא קשור ברום. שלושה אלקל כלורידים שונים באותם תנאים ייבדקו:

Figure 4

בשתיים מתגובות המבחנה, ההשפעות הסיטריות המשניות של האלקיל הייליד ייבדקו. אלה הם השפעות סטריות על המולקולה לא כולל הפחמן מחויב ברומיד. שני אלקיל ברומידים עיקריים שונים, באותם תנאים, ייבדקו:

Figure 7

בשתיים מהתגובות במבחנה, ההשפעות הקבוצתיות העוזבות ייבדקו. שני אלקילים הלידים שונים ישמשו:

Figure 8

לבסוף, ארבע מבחנה ישמשו למדידת חוק התעריף של התגובות. קצב התגובה יימדד בריכוזים שונים של פתרון נתרן יודיד ופתרונות ברומבוטניים 1.

מבחנה נתרן יודיד
ריכוז
1-ברומובוטן
ריכוז
זמן עד המשקעים
1 15% 1.0 מטר
2 15% 2.0 מטר
3 15% 1.0 מטר
4 7.5% 1.0 מטר

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

חלק 1: לימוד תגובות SN1

מבנה אלקיל האלייד:

  1. למדוד 2 מ"ל של פתרון 0.1 M של כסף חנקתי באתנול מוחלט לתוך כל אחת משלוש המבחנות.
  2. מוסיפים 2 טיפות של ברומבוטן אחד לתוך המבחנה הראשונה. מוסיפים 2 טיפות של 2-ברומבוטן למבחנה השנייה.
  3. הוסיפו 2 טיפות של 2-ברומו-2-מתילפרופן למבחנה השלישית הסופית.
  4. פקק ולנער כל מבחנה.
  5. שים לב לזמן שבו מופיעים הסימנים הראשונים של עננות או משקעים.

השאר אפקטים קבוצתיים:

  1. למדוד 2 מ"ל של פתרון 0.1 M של כסף חנקתי באתנול מוחלט לתוך כל אחת משתי המבחנות.
  2. הוסיפו 2 טיפות של 2-ברומו-2-מתילפרופן למבחנה הראשונה ו-2 טיפות של 2-כלורו-2-מתילפרופן לתוך המבחנה השנייה.
  3. פקק ולנער כל מבחנה.
  4. שים לב לזמן שבו מופיעים הסימנים הראשונים של עננות או משקעים.

אפקטי קוטביות ממס:

  1. למדוד 2 מ"ל של פתרון 0.1 M של כסף חנקתי באתנול מוחלט לתוך המבחנה הראשונה ולמדוד 2 מ"ל של פתרון 0.1 M של כסף חנקתי ב 5% אתנול / 95% אצטון לתוך המבחנה השנייה.
  2. מוסיפים 2 טיפות של 2-ברומו-2-מתילפרופן לשתי המבחנות.
  3. פקק ולנער כל מבחנה.
  4. שים לב לזמן שבו מופיעים הסימנים הראשונים של עננות או משקעים.

קביעת חוק התעריפים SN1:

  1. מדוד 0.5 מ"ל של פתרון 0.1 M של 2-כלורו-2-מתילפרופן באתנול לתוך המבחנה הראשונה.
  2. מדוד 0.5 מ"ל של פתרון 0.2 M של 2-כלורו-2-מתילפרופן באתנול לתוך המבחנה השנייה.
  3. הוסף 1.0 מ"ל של פתרון 0.1 M של כסף חנקתי באתנול מוחלט לתוך שתי המבחנות.
  4. מדוד בזהירות את הזמן שלוקח להתבונן בעננות או משקעים.
  5. למדוד 1.0 מ"ל של פתרון 0.1 M של כסף חנקתי באתנול לתוך המבחנה השלישית.
  6. לתוך המבחנה הרביעית, למדוד 0.5 מ"ל של פתרון 0.1 M של כסף חנקתי באתנול ולהוסיף 0.5 מ"ל נוספים של אתנול.
  7. לתוך שתי המבחנות, להוסיף 1.0 מ"ל של 0.1 M 2-כלורו-2-מתילפרופן באתנול ולמדוד בזהירות את הזמן שלוקח להתבונן עננות או משקעים.

חלק 2: לימוד תגובות SN2

מבנה אלקיל האלייד:

  1. למדוד 2 מ"ל של 15% נתרן יודיד אצטון לתוך כל אחת משלוש המבחנות.
  2. מוסיפים 2 טיפות של ברומבוטן אחד לתוך המבחנה הראשונה.
  3. מוסיפים 2 טיפות של 2-ברומבוטן למבחנה השנייה.
  4. לבסוף, להוסיף 2 טיפות של 2-bromo-2-מתילפרופן לתוך המבחנה הסופית, השלישית.
  5. פקק ולנער כל מבחנה.
  6. שים לב לזמן שבו מופיעים הסימנים הראשונים של עננות או משקעים.

אפקטים סטריים:

  1. למדוד 1 מ"ל של 15% נתרן יודיד בתמיסת אצטון לתוך כל אחת משתי המבחנות.
  2. מוסיפים 2 טיפות של 1-ברומובוטן לתוך המבחנה הראשונה ולהוסיף 2 טיפות של neopentyl ברומיד לתוך המבחנה השנייה.
  3. פקק ולנער כל מבחנה.
  4. שים לב לזמן שבו מופיעים הסימנים הראשונים של עננות או משקעים.

השאר אפקטים קבוצתיים:

  1. למדוד 1 מ"ל של 15% נתרן יודיד בתמיסת אצטון לתוך כל אחת משתי המבחנות.
  2. מוסיפים 2 טיפות של 1-ברומבוטן לתוך המבחנה הראשונה ולהוסיף 2 טיפות של 1-כלורובוטן לתוך המבחנה השנייה.
  3. פקק ולנער כל מבחנה.
  4. שים לב לזמן שבו מופיעים הסימנים הראשונים של עננות או משקעים.

קביעת חוק שיעור SN2:

  1. למדוד 1.0 מ"ל של 15% נתרן יודיד בתמיסת אצטון לשתי מבחנות.
  2. הוסף 0.1 מ"ל של פתרון 1.0 M של 1-ברומובוטן באצטון לתוך המבחנה הראשונה.
  3. מדוד בזהירות את הזמן שלוקח להתבונן בסימן הראשון של עננות.
  4. לתוך המבחנה השנייה, להוסיף 0.1 מ"ל של פתרון 2.0 M של 1-ברומבוטון אצטון.
  5. מדוד בזהירות את הזמן שלוקח להתבונן בסימן הראשון של עננות.
  6. למדוד 1.0 מ"ל של 1.0 M 1-ברומבוטון באצטון לתוך המבחנות השלישי והרביעי.
  7. הוסף 0.1 מ"ל של 7.5 % נתרן יודיד בתמיסת אצטון לתוך המבחנה השלישית.
  8. מדוד בזהירות את הזמן שלוקח להתבונן בסימן הראשון של עננות.
  9. לתוך המבחנה הרביעית, להוסיף 0.1 מ"ל של 15% נתרן יודיד בתמיסת אצטון ולמדוד בזהירות את הזמן שלוקח כדי לראות את הסימן הראשון של עננות.

החלפה נוקלופילית היא אחת התגובות הבסיסיות ביותר המשמשות בסינתזה אורגנית.

"נוקלאופילי" הוא זן עשיר באלקטרונים. בהחלפה נוקלופילית, נוקלאופילי מגיב עם אלקיל הייליד כדי ליצור מוצר עם קבוצה פונקציונלית חדשה. תגובה זו היא נקודת המוצא של מגוון עצום של סינתיסייזרים אורגניים.

וידאו זה ימחיש את העקרונות של שתי קטגוריות של תחליפי נוקלאופילים, להדגים את ההשפעות של מגיבים שונים על שיעור התגובה עבור כל אחד, ולדון כמה יישומים.

החלפה נוקלופילית דורשת שני מגיבים: אלקין פונקציונלי ונוקלאופילי.

אלקין פונקציונלי יכול להיות אלכוהול או האליד גופרתי, אבל הוא בדרך כלל אלקיל הייליד. באלקיל הייליד, הפחמן המלוכד להלוגן נקרא פחמן "אלפא", ויש להכלאה sp3 כדי לעבור החלפה נוקלופילית. כל פחמן מקשר לאלפא הוא פחמן "בטא". חשוב לציין, הלוגן היא קבוצה רבת עוצמה הנסוגה מאלקטרונים שגורמת לאלפא פחמן להיות דל אלקטרונים. פחמן אלפא הוא אפוא "אלקטרופיל", מה שאומר שיש לו מחסור באלקטרונים והוא יכול לקבל יותר.

"נוקלאופילי" הוא ההפך; מין שיכול לתרום אלקטרונים. זה בדרך כלל קבוצה פונקציונלית טעונה שלילית, כגון יון כלוריד, או אניון של מלח אורגני, כגון יון אצטט. נוקלופילים מכילים בדרך כלל זוגות אלקטרונים לא חתוכים.

בהחלפה נוקלופילית, הנוקלאופילי מגיב עם האלקיל הייליד על ידי תקיפת פחמן אלפא אלקטרופילי. הנוקלאופילי פועל כבסיס לואיס, תורם זוג אלקטרונים לפחמן אלפא. בינתיים, הקשר בין פחמן אלפא להלוגן נשבר. האלקטרונים במקור בקשר הזה מצטרפים להלוגן כדי ליצור קבוצת עזיבה של הייליד.

החלפה נוקלופילית יכולה להתרחש באמצעות אחד משני מנגנונים. הראשון מתחיל עם התקפה נוקלופילית איטית על החלק האחורי של אלפא פחמן - הצד מול הלוגן ואחריו עזיבה מהירה של הקבוצה העוזבת. מאז הן אלקיל הייליד ו nucleophile לקחת חלק בשלב האיטי, מנגנון זה נקרא "החלפה: נוקלופילי Bimolecular," או "SN2," בקיצור. מנגנון SN2 מסתיים עם קשרים אחרים על פחמן אלפא לשנות את הכיוונים שלהם והפך את התצורה. מאז הנוקלאופיל תוקף רק את החלק האחורי של פחמן אלפא, המנגנון מניב רק סטריאוטיומר אחד, הפוך של המוצר.

המנגנון השני מתחיל עם ניתוק איטי של אלקיל הלידה לקבוצת עזיבה ו"קרבוקציה", פחמן מגיב מאוד, טעון חיובית. שלא כמו במנגנון SN2, הנוקלאופילי יכול לתקוף משני הצדדים. שני הסטריאוטיזומרים מיוצרים, הבחנה שזוהתה באופן ניסיוני על ידי מדידת סיבוב אופטי. מכיוון שרק מולקולה אחת- האלקיל האליד-לוקחת חלק בשלב האיטי, מנגנון זה נקרא "החלפה, חד-מולקולרית נוקלופילית", או "SN1".

כעת, לאחר שראינו את המנגנונים של החלפה נוקלאופילית, בואו נחקור כיצד היא חלה על מגיבים שונים בתנאים שונים.

בסעיף זה, נבחן את ההשפעות של מבנה אלקיל האליד, השארת בחירת הקבוצה, וקוטביות ממס על מנגנון SN1. התנאים נבחרו כדי לדכא תגובות SN2.

ראשית, אנו חוקרים את ההשפעה של מבנה אלקיל האליד. למדוד 2 מ"ל של 0.1 M כסף חנקתי באתנול מוחלט לשלוש מבחנות.

הוסיפו 2 טיפות של ברומבוטן אחד למבחנה הראשונה, 2 טיפות של 2-ברומבוטן למבחנה השנייה, ושתי טיפות של 2-ברומו-2-מתילפרופן לתוך המבחנה השלישית. הקלט את השעה שבה התגובה מתחילה.

יש למרוח פקק על כל שפופרת ולנער.

תעד את הזמן שבו הפתרון הופך להיות עכיר או משקעים מופיע, המציין היווצרות של ברומיד כסף מסיס.

לאחר מכן, אנו פונים להשפעות של קבוצות עזיבה שונות. למדוד 2 מ"ל של 0.1 M כסף חנקתי באתנול מוחלט לשתי מבחנה.

הוסיפו 2 טיפות של 2-ברומו-2-מתילפרופן למבחנה הראשונה, ו-2 טיפות של 2-כלורו-2-מתילפרופן לתוך השנייה. כמו קודם, להקליט את הזמן שבו התגובה מתחילה, להחיל פקק על כל צינור, לנער, ולתעד את הזמן שבו המשקעים מופיעים.

לבסוף, כדי ללמוד את ההשפעה של ממיסים שונים, למדוד 2 מ"ל של 0.1 M כסף חנקתי באתנול מוחלט לתוך מבחנה. למדוד 2 מ"ל של 0.1 M כסף חנקתי ב 95% אצטון לתוך מבחנה שנייה. הוסיפו 2 טיפות של 2-ברומו-2-מתילפרופן לכל מבחנה.

שוב, הקלט את הזמן שבו התגובה מתחילה, פקק ולנער כל צינור, ולתעד את הזמן שבו המשקעים מופיעים.

הקצב של תגובת SN1 תלוי במידה רבה באופי האליל הייליד והממס.

ראשית, בואו נבחן את המבנה של אלקיל הייליד. בהדגמה זו, 2-bromo-2-methylpropane הגיב בקצב הרבה יותר מהר מאשר 2-ברומבוטאן, אשר בתורו הגיב מהר יותר מאשר 1-ברומובוטן.

תוצאות אלה נובעות מאופיו של המתווך carbocation שנוצר בשלב הראשוני האיטי של מנגנון SN1. קרבוקציות מייצבות את עצמן על ידי פיזור המטען החיובי של אלפא פחמן על פחמי הבטא באמצעות קיטוב והיפר-כבידה. אפקט מייצב זה הוא הגדול ביותר אלקיל הלידים שלוחוני, אשר יש כמה פחמנים בטא, ולכן יוצרים carbocations בקצב המהיר ביותר במהלך תגובת SN1. אלקיל הלידים המשניים והראשוניים יש השפעות ייצוב קטנות יותר בהדרגה, ובכך בהדרגה שיעורי תגובה נמוכים יותר.

עכשיו בואו לחקור את קבוצת העזיבה. בהדגמה זו, 2-ברומו-2-מתילפרופן הגיב בקצב מהיר יותר מאשר 2-כלורו-2-מתילפרופן.

הסיבה לכך היא ברום יוצר קשר חלש יותר עם אלפא פחמן לעומת כלור. באופן כללי יותר, הלוגנים שנמצאו נמוכים יותר בטבלה המחזורית יוצרים קשרים חלשים יותר מאלה שנמצאו גבוהים יותר בטבלה. קצב הניתוק הראשוני במנגנון SN1 עולה עם ירידה בכוח האג"ח. מגמה זו משותפת הן למנגנוני SN1 והן למנגנוני SN2.

עכשיו אנחנו פונים לאפקטים ממס. בהדגמה זו, התגובה בין 2-bromo-2-מתילפרופן וכסף חנקתי התרחשה בקצב מהיר יותר כאשר מומס באתנול מאשר אצטון.

אתנול הוא מאוד קוטבי ופרוטי: יש לו אטום מימן מסוף אלקטרופוסיבי ולכן הוא מסוגל ליצור קשרי מימן. לכן זה יעיל יותר לייצב הן את carbocation ואת הקבוצה עוזב מאשר אצטון, שהוא פחות קוטבי אפרוטי. בדרך כלל, שיעורי תגובות SN1 להגדיל עם הקוטביות של הממס.

כעת אנו חוקרים את ההשפעות של מבנה אלקיל האליד, עוזב קבוצה, וקוטביות ממס על מנגנון SN2. שוב, נבחרו תנאים כדי לדכא תגובות SN1.

אנחנו מתחילים בחקר ההשפעה של מבנה אלקיל סביב אלפא פחמן. למדוד 2 מ"ל של 15% נתרן יודיד באצטון לשלוש מבחנות. מוסיפים 2 טיפות של ברומבוטן אחד למבחנה הראשונה, 2 טיפות של 2-ברומבוטן לתוך השני, ו -2 טיפות של 2-ברומו-2-מתילפרופן לתוך השלישי. תעד את הזמן הנדרש עבור המשקעים, נתרן ברומיד, כדי ליצור כמו קודם.

לאחר מכן, אנו בוחנים את ההשפעה של מבנה אלקיל סביב פחמן בטא. למדוד 1 מ"ל של 15% נתרן יודיד באצטון לשתי מבחנות. מוסיפים 2 טיפות של 1-ברומובוטן למבחנה הראשונה, ו -2 טיפות של neopentyl ברומיד לשני. תעד את זמן התגובה כבעבר.

לבסוף, אנו פונים להשפעות קוטביות ממס. יש להוסיף 1 מ"ל של 15% נתרן יודיד באתנול למבחנה הראשונה, ו-1 מ"ל 15% נתרן יודיד באצטון לשני. הוסף 2 טיפות של ברומבוטאן אחד לשניהם, ורשום את הזמן הדרוש להיווצרות משקעים.

ראשית, בואו נבחן את מבנה האלקל סביב פחמן אלפא. בדוגמה זו, 1-ברומובוטן הגיב בקצב המהיר ביותר, 2-ברומובוטן הגיב לאט יותר, ו 2-ברומו-2-מתילפרופן האיטי מכולם. תוצאות אלה הן הפוכות מאלה שנמצאו בתגובות SN1.

ההבדל נובע מהגאומטריה. הגדלת מספר פחמי בטא מפחיתה את האזור החשוף על אלפא פחמן שעליו התקפה נוקלאופילית אחורית מוצלחת יכולה להתרחש. תופעה זו נקראת "מכשול סטרי". האליל האלידים העיקריים הם הפחות מפריעים באופן סטרי, וחווים את השיעורים המהירים ביותר של תגובת SN2, בעוד שאלקיל הלידים שללוש הם המעכבים ביותר, וחווים את התגובות האיטיות ביותר.

לאחר מכן, אנו פונים למבנה אלקיל סביב פחמתי הבטא. 1-ברומובוטן הגיב באופן מיידי בעוד ניאופנטיל ברומיד לא הגיב כלל.

זה מוסבר גם באמצעות מכשול סטרי. נוכחותן של קבוצות מגושמים על פחמן בטא שוב מפחית את האזור על פחמן אלפא חשוף להתקפה נוקלופילית. פחמן בטא המופרע באופן קשה חווה שיעור תגובה נמוך יותר מאשר אחד ללא הפרעה.

לבסוף, אנו מסתכלים על אפקטים ממס. שיעור התגובה של 1-ברומובוטן באצטון הוא הרבה יותר גדול ממה שהוא באתנול. זאת בניגוד לתוצאות תגובת SN1.

הסיבה לכך היא בתגובות SN2, ממיסים פרוטיים קוטביים כמו אתנול לייצב את הנוקלאופיל, מה שהופך אותו פחות תגובתי ולכן הפחתת שיעור התגובה. לעומת זאת, ממיסים אפרוטיים כמו אצטון לא יכולים לייצב את הנוקלאופיל באותה מידה.

לסיכום: שיעורי תגובות SN2 יורדים באמצעות מכשול סטרי הן על אלפא והן על פחמנים בטא. זאת בניגוד לתגובות SN1, שבהן פחמנים בטא מייצבים את הסביון ומגבירים את הקצב. שיעורי שתי התגובות גדלים ככל שעוצמת הקשר בין קבוצת העוזב לבין אלפא פחמן פוחתת. לבסוף, ממיסים פרוטיים קוטב לעכב תגובות SN2 על ידי ייצוב נוקלאופילי, אבל להאיץ את תגובות SN1 על ידי ייצוב ביניים. עם תוצאות אלה בחשבון, בואו נבחן כמה יישומים.

החלפה נוקלופילית היא צעד מפתח בפילמוי פפטואיד. פפטואידים, מונומרים סינתטיים הקשורים לפפטידים, מספקים גישה פשוטה לעיצוב חלבונים סינתטיים מכוונים במיוחד. הפולימרים נוצרים על ידי ברום לסירוגין אמינים משניים והחלפת ברומיד מסוף וכתוצאה מכך עם אמין באמצעות החלפה נוקלאופילית. שיטה זו יכולה לשמש לייצור שרשראות פולימריות וננו-גליונות בהרכבה עצמית.

יישום נוסף הוא ייצור של מצעים תרבית התא. טכניקות ליטוגרפיה אוטומטיות מאוד פותחו כדי ליצור דפוסים עם תכונות של 10 מיקרון על מצעים מצופים זהב. לאחר מכן מודפס פולימר לתוך התכונות ומגיב באמצעות החלפה נוקלופילית כדי להוסיף אזידים או ליגנדים אחרים לפני השטח שלו. זה מספק משטח מבוקר מאוד על אילו תאים ניתן תרבית, ומאפשר לחקור את ההשפעה של ligands על צמיחת התא והתנהגות.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב להחלפה נוקלופילית. עכשיו אתה צריך להבין את מנגנוני SN1 ו- SN2, את ההשפעות של האלילים ואלקיל שונים וממסים על כל אחד, וכמה יישומים. תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

חלק 1: לימודתגובות SN1

מבנה אלקיל האלייד:

Figure 9

השאר אפקטים קבוצתיים:

Figure 10

אפקטי קוטביות ממס:

Figure 11

קביעתחוק התעריפים SN1:

מבחנה כסף חנקתי
ריכוז
1-ברומובוטן
ריכוז
זמן עד המשקעים
1 0.1 מטר 0.1 מטר שנות ה-20
2 0.1 מטר 0.2 מטר שנות ה-10
3 0.1 מטר 0.1 מטר שנות ה-20
4 0.05 מטר 0.1 מטר שנות ה-20

Figure 12

חלק 2: לימודתגובות SN2

מבנה אלקיל האלייד:

Figure 13

אפקטים סטריים:

Figure 14

השאר אפקטים קבוצתיים:

Figure 15

קביעתחוק שיעור SN2:

מבחנה נתרן יודיד
ריכוז
1-ברומובוטן
ריכוז
זמן עד המשקעים
1 15% 1.0 מטר שנות ה-20
2 15% 2.0 מטר שנות ה-10
3 15% 1.0 מטר שנות ה-20
4 7.5% 1.0 מטר שנות ה-40

Figure 16

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

ניסויים אלה נועדו להראות במהירות מגמות בתגובות החלפה נוקלופילית. בדיקה ניסיונית של מגמות אלה מסייעת להבין טוב יותר את ההבדלים העדינים בין תגובת SN1 ל- SN2. כימאים למדו לפתח ולייעל את תנאי התגובה. כל זה נובע מהבנת התגובה הראשונה: מה מאיץ או מאט תגובה ואיך אנחנו יכולים לנצל את זה? בחירת הממס, הטמפרטורה או הריכוז הטובים ביותר של ריאגנטים יכולה להשפיע מאוד על המהירות שבה התגובה תסתיים. עם הזמן, כימאים היו מודאגים לא רק עם מהירות, אבל עם סלקטיביות ותשואות גם כן. תגובות החלפה נוקלופילית הן תגובה חשובה ללמוד כפי שניתן למצוא ברחבי הספרות הסינתטית.

הדגמה זו יכולה לשמש כמשאב לתגובות החלפה נוקלאופיליות; עם זאת, זהו מתאר גס על איך ללמוד כל תגובה אורגנית. כיצד לשנות את תנאי התגובה (שינוי משתנה אחד בכל פעם) והתבוננות בהשפעותיהם היא הבסיס לשימוש בשיטה המדעית. זה יכול להיות מיושם על סוגים אחרים של תגובות מלבד תגובות החלפה, למשל, תגובות החלפה אחרות כגון תגובות החלפה ארומטית ותגובות החלפת אציל.

Figure 17

התגובות מותאמות לתשואות, לסלקטיביות ומהירות (יעילות). האופן שבו הכימאי משנה את פרמטרי התגובה - כגון זרז, טמפרטורה, ממס ויכולת עזיבה- יכול להשפיע במידה רבה על התגובה. ידיעת הקינטיקה של תגובה יכולה להשאיל מידע בעל ערך על התגובה, ובדרך כלל זו תחילתה להבין את מנגנון התגובה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter