Механизм SN1 и его стереохимия — Органическая химия для олимпиад

Механизм SN1 и его стереохимия

8 заданий

Две стадии

linkОпора

В уроке 86 мы научились сравнивать устойчивость карбокатионов. Теперь разберём механизм замещения, в котором карбокатион образуется как интермедиат, — \(S_N1\), «замещение нуклеофильное мономолекулярное». В его лимитирующей стадии участвует только субстрат, а на энергетическом профиле (урок 78) две вершины. Этот механизм объясняет, почему третичные галогениды легко реагируют даже со слабыми нуклеофилами.

Как нарисовать механизм \(S_N1\)

  1. Ионизация (медленная стадия). Связь C–X рвётся, уходящая группа уходит анионом, и остаётся карбокатион.
  2. Атака нуклеофила (быстрая стадия). Нуклеофил, часто молекула растворителя, присоединяется к карбокатиону.
  3. Перенос протона. Если нуклеофил был нейтральной молекулой (\(\ce{H2O}\), ROH), продукт присоединения теряет протон.
SN1: ионизация, атака воды, перенос протона
\(S_N1\): ионизация, атака воды, перенос протона

Кинетика

\[v = k[\ce{RX}] \qquad t_{1/2} = \frac{\ln 2}{k}\]

В лимитирующей стадии участвует только субстрат, поэтому концентрация нуклеофила на скорость не влияет. Период полупревращения не зависит от начальной концентрации.

Примеры

1. Гидролиз. Трет-бутилбромид в воде образует трет-бутанол.

2. Сольволиз в этаноле. В этаноле нуклеофилом служит растворитель, и образуется трет-бутилэтиловый эфир.

3. Проба с нитратом серебра. В спиртовом растворе \(\ce{AgNO3}\) ион серебра связывает уходящий галогенид-ион и облегчает ионизацию. Третичные галогениды дают осадок AgX мгновенно, а первичные — только при нагревании.

errorНуклеофил не входит в уравнение скорости

Если удвоить концентрацию щёлочи, гидролиз третичного галогенида не ускорится. Лимитирующая стадия — ионизация субстрата, и нуклеофил в ней не участвует.

edit_noteПопробуйте сами

Как изменится скорость гидролиза трет-бутилбромида, если концентрацию бромида удвоить, а щёлочи — утроить?

expand_moreПоказать решение

Скорость удвоится: по уравнению \(v = k[\ce{RBr}]\) она зависит только от концентрации бромида.

Стереохимия SN1

Карбокатион плоский (\(sp^2\), урок 75), поэтому нуклеофил присоединяется к нему с любой из двух сторон. В этом механизм \(S_N1\) противоположен механизму \(S_N2\), при котором конфигурация обращается (урок 84).

Как предсказать стереохимию \(S_N1\)

  1. Стереоцентр превращается в плоский катион, и конфигурация теряется.
  2. Нуклеофил присоединяется с двух сторон, и образуются два энантиомера (урок 64).
  3. Обычно продукта обращения образуется немного больше: уходящий анион какое-то время остаётся рядом с катионом и закрывает свою сторону (ионная пара).
(S)-3-бром-3-метилгексан
(S)-3-бром-3-метилгексан
(R)-3-метилгексан-3-ол
(R)-3-метилгексан-3-ол
(S)-3-метилгексан-3-ол
(S)-3-метилгексан-3-ол
\(S_N1\) оптически активного субстрата: почти рацемат

Примеры

1. Гидролиз третичного бромида. (S)-3-Бром-3-метилгексан \(\ce{C7H15Br}\) в воде образует почти рацемический 3-метилгексан-3-ол (рисунок выше).

2. Типичный результат. Обычно образуется 60–70 % продукта обращения и 30–40 % продукта сохранения конфигурации. Энантиомерный избыток продукта составляет \(ee = 20\text{–}40\) %.

errorТеряется только стереоцентр при катионе

Рацемизация затрагивает только тот атом, который становится катионным центром. Если в молекуле есть другой стереоцентр, реакция \(S_N1\) его не затрагивает, и его конфигурация сохраняется.

edit_noteПопробуйте сами

Что получится при гидролизе (S)-1-хлор-1-фенилэтана в воде?

expand_moreПоказать решение

Почти рацемический 1-фенилэтанол с небольшим избытком (R)-изомера — продукта обращения.

push_pinГлавное

\(S_N1\) — две стадии: медленная ионизация субстрата до карбокатиона и быстрая атака нуклеофила (часто растворителя — сольволиз), затем перенос протона. Скорость \(v = k[\ce{RX}]\) не зависит от нуклеофила, \(t_{1/2} = \ln 2/k\). Плоский карбокатион атакуется с двух сторон — рацемизация с небольшим избытком обращения (ионная пара). Проба на \(S_N1\) — нитрат серебра в спирте.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.