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Organic Chemistry II

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求核置換反応

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求核置換反応は、有機合成で用いられる最も基本的な反応のひとつです。

「求」は電子の豊富な種です。求核置換で、求核剤は新しい機能性製品を形成するハロゲン化アルキルと反応します。この反応は、有機合成の広大な配列の出発点です。

このビデオが求核置換の 2 つのカテゴリの原則を示すため、ごとに、異なる反応の反応速度に及ぼす影響を示すし、いくつかのアプリケーションを議論します。

求核置換反応の 2 つが必要です: 機能性アルカンと、求核剤。

官能のアルカン、アルコールまたはスルホン ハロゲン化物がハロゲン化アルキルは、通常。ハロゲン化アルキル、ハロゲンに結合した炭素「アルファ」炭素と呼びますされ sp3 交配求核置換反応を受ける必要があります。アルファに結合した炭素は、「ベータ」炭素です。ハロゲンは発生するアルファ炭素の電子撤回の強力なグループで重要なは、電子不足。したがって、アルファ炭素です「求電子体、」電子の不足があり、以上を受け入れることができることを意味です。

「求核剤「逆ですよ。電子を寄付することができます種。通常、酢酸イオンなどの有機酸塩の陰イオンや塩化物イオンなど負荷電の機能グループです。求核試薬は一般に非共有電子対を含みます。

求核置換で、求核剤が求電子的アルファ炭素を攻撃することによってハロゲン化アルキルと反応します。求核剤はルイス塩基、α 炭素に電子組を寄付として機能します。一方、α 炭素とハロゲンの間の結合を解除します。その絆にもともと電子のグループを残してハロゲン化物を形成するハロゲンで参加します。

求核置換反応は、2 つのメカニズムのいずれかを発生します。最初は去るグループの高速の出発によってハロゲン続いて反対側の炭素、アルファの裏側に遅い求核攻撃で始まります。

このセクションで SN1 機構上、グループ選択と極性溶媒を残してアルキル ハロゲン化物の構造の効果を検討します。条件は、SN2 反応を抑制するために選択されています。

まず、アルキル ハロゲン化物の構造に及ぼす影響を調べた。3 つの試験管に 2 mL の無水エタノールで 0.1 M の硝酸銀を測定します。

第 3 の試験管に、最初のテスト チューブ、2-bromobutane 2 番目の試験管に 2 滴と 2 滴 2-ブロモ-2-methylpropane に 1 bromobutane 2 滴を追加します。反応が開始する時刻を記録します。

各管にストッパーを適用し、横に振る。

濁りがソリューションまたは不溶性臭化銀の形成を示す沈殿物が表示されます時間を記録します。

次に、我々 は異なる残してグループの効果に向けます。2 つの試験管に 2 mL の無水エタノールで 0.1 M の硝酸銀を測定します。

2-ブロモ-2-methylpropane 最初の試験管に 2 滴と 2 番目に 2-クロロ-2-methylpropane の 2 滴を追加します。反応の開始時刻がストッパーを適用する前に、レコード各管に振ると沈殿物が表示されます時間を記録します。

最後に、各種溶媒効果を研究、試験管に 2 mL の無水エタノールで 0.1 M の硝酸銀を測定します。第 2 の試験管に 2 mL 95% アセトン 0.1 M の硝酸銀を測定します。各試験管に 2-ブロモ-2-methylpropane の 2 滴を追加します。

再び、反応が開始する、ストッパーの時間を記録し各管を振るし、沈殿物が表示されます時間を記録します。

SN1 反応の速度は、ハロゲン化アルキルと溶媒の性質に大きく依存します。

まず、ハロゲン化アルキルの構造を調べてみましょう。このデモでは、2-ブロモ-2-methylpropane は 2-bromobutane、1 bromobutane よりも速く反応する順番よりもはるかに速い速度で反応しました。

これらの結果は、SN1 機構の低速の初期段階で形成されたカルボカチオン中間体の性質から生じます。カルボカチオンは、極性化と超共役 β 炭素でアルファ炭素の正電荷を分散させることによって彼ら自身を安定させます。この安定化効果は第三紀アルキルハライド、いくつかのベータ版の炭素があるし、カルボカチオンが最速で SN1 反応中に形成するために最大であります。セカンダリとプライマリのアルキル ハロゲン化物は漸進的により小さい安定化効果を持っているし、反応速度が徐々 に低くなります。

今去るグループを見てみましょう。このデモでは、2-ブロモ-2-methylpropane は 2-クロロ-2-methylpropane よりも速い速度で反応しました。

臭素は塩素に比較して α 炭素と弱い結合を形成するためです。もっと一般に、ハロゲンに低く見られる見つけられるそれらより弱い結合を形成する周期表に高いテーブル。初期の解離の速度は、接着強さの低下とともに増加するメカニズム、SN1 のステップです。この傾向は、SN1 と SN2 メカニズムに共通です。

我々 は今度溶媒効果を。このデモで 2-ブロモ-2-methylpropane と銀製硝酸塩の反応はアセトンよりもエタノールに溶解したときに速い速度で発生しました。

エタノールは高極性とプロトン性: 陽性ターミナル水素原子があり、そのため水素結合を形成できます。したがって、以下の極性と非プロトン性である、カルボカチオンと残してアセトン、群の安定に効果的です。通常、SN1 反応速度は溶媒の極性の増加します。

我々 は今 SN2 機構のグループ、および極性溶媒を残してアルキル ハロゲン化物の構造の影響を探る。もう一度、SN1 反応を抑制する条件を選択されています。

まずアルファ炭素アルキル構造の効果を勉強しています。3 つの試験管にヨウ化ナトリウム 15% アセトン 2 mL を測定します。3 番目に、最初のテスト チューブ、2-bromobutane、2 番目に 2 滴と 2 滴 2-ブロモ-2-methylpropane に 1 bromobutane 2 滴を追加します。沈殿物、臭化ナトリウム、前として形成するために必要な時間を記録します。

次に、我々 は β 炭素アルキル構造の影響を調べる。2 つの試験管にヨウ化ナトリウム 15% アセトン 1 mL を測定します。1-bromobutane 最初の試験管に 2 滴と 2 番目ネオペンチル ブロマイドの 2 滴を追加します。前とに、の反応時間を記録します。

最後に、我々 は極性溶媒効果に向けます。2 番目に、アセトンでヨウ化ナトリウム 15% 最初の試験管にエタノール 1 mL、ヨウ化ナトリウム 15 %1 mL を追加します。両方に 1 bromobutane の 2 滴を追加し、フォームに沈殿物のために必要な時間を記録します。

まず、アルファ炭素の周りのアルキル基の構造を調べてみましょう。この例では、1 bromobutane の最速レートで、もっとゆっくり反応、2-ブロモ-2-methylpropane 2-bromobutane すべての中で最も遅い反応。これらの結果は、SN1 反応で見つけられるそれらの反対です。

違いは、ジオメトリのためです。アルファ炭素を成功した裏面の求核攻撃が発生することが公開されているエリアを縮小 β 炭素数の増加します。この現象は、「立体障害」と呼ばれる主なアルキル ハロゲン化物は少なくとも立体障害、第三紀アルキルハライド妨げている最も遅い反応を経験し、SN2 反応の速い速度を経験します。

次に、我々 はベータ版炭素周辺アルキル構造に向けます。1 Bromobutane は、ネオペンチル ブロマイドはまったく反応しなかった間に瞬時に反応しました。

これは、立体障害によっても説明されます。Β 炭素でかさばるグループの存在は再びアルファ炭素の求核攻撃にさらされる領域を減少します。

求核置換反応は、peptoid 重合における重要なステップです。ペプチド合成モノマー関連ペプチド、高度調整された合成タンパク質の設計への簡単なアプローチを提供します。ポリマーは、代わりに二次アミンの brominating と求核置換反応をアミンと結果ターミナル臭化を交換によって形成されます。このメソッドは、高分子鎖と自己組織化ナノシートを生成する使用できます。

別のアプリケーションは、細胞培養基板の製作中です。金被覆基板上の 10 ミクロン機能とパターンを作成する、高度な自動露光技術を開発されています。ポリマーの機能を印刷し、を通じてアザイドまたは他の配位子をその表面に追加する求核置換反応します。これは、サーフェイスを提供します高度に制御どの細胞を培養、することができ、許可探査、配位子の影響の細胞の成長と行動。

ゼウスの求核置換反応入門を見てきただけ。今、各、およびいくつかのアプリケーションに及ぼすアルキル ハロゲン化物及び溶剤 SN1 と SN2 メカニズムを理解してください。見てくれてありがとう!

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