Практикум: выбор механизма
Алгоритм
Практикум. Механизм определяют по пяти пунктам.
- Субстрат: метильный или первичный — только \(S_N2\) или \(E2\); третичный — \(S_N1\)/\(E1\) или \(E2\); вторичный — в зависимости от реагента; аллильный и бензильный — быстро по любому механизму; винильный и арильный — не реагируют.
- Реагент: сильный нуклеофил и слабое основание (\(\ce{I-}\), \(\ce{RS-}\), \(\ce{CN-}\), \(\ce{N3-}\)) — замещение; сильное основание (\(\ce{RO-}\), \(\ce{OH-}\) в спирте) — отщепление (у первичных в мягких условиях — замещение); объёмное основание — \(E2\) по Гофману; вода или спирт без основания — сольволиз (\(S_N1\) и \(E1\)).
- Растворитель и температура: апротонный растворитель — за \(S_N2\), протонный — за \(S_N1\); нагревание — за отщепление.
- Стереохимия: \(S_N2\) — обращение, \(S_N1\) — рацемат, \(E2\) — анти-перипланарность (в циклогексане — диаксиально).
- Проверка: не перегруппируется ли катион, есть ли β-атом водорода, нет ли несовместимых групп.
edit_noteРазбор задачи: бромциклогексан с этилатом натрия
Субстрат вторичный. Реагент — этилат натрия, сильное основание. Растворитель — этанол, температура повышенная. По пунктам 1–3 ожидается \(E2\). В кресле, где атом брома аксиален, у соседних атомов есть аксиальные атомы водорода. Основной продукт — циклогексен, примесь — этоксициклогексан (\(S_N2\)).
boltСначала тип субстрата
Половину ответов решает первый пункт. Третичный субстрат не даёт \(S_N2\), первичный — \(S_N1\), винильный и арильный — ничего. Только после этого смотрите на реагент.
auto_awesomeМеханизмы — модели
Реальные реакции часто идут одновременно по нескольким механизмам, особенно у вторичных субстратов. Схема из четырёх механизмов — модель, которая предсказывает главный продукт, а не единственный.
Стереохимия и региохимия
Практикум. Стереохимический ответ строят так: определяют механизм, затем указывают обращение конфигурации или рацемизацию, затем пересчитывают старшинство заместителей — при обращении геометрии обозначение R или S может и не измениться. Для реакции \(E2\) рисуют проекцию Ньюмена или кресло: анти-перипланарный атом водорода определяет и региохимию, и геометрию алкена.
edit_noteРазбор задачи: когда обращение не меняет обозначение
(R)-2-Бромбутан с цианидом натрия в ДМСО даёт (S)-2-метилбутаннитрил: старшинство \(\ce{CN} > \ce{C2H5} > \ce{CH3} > \ce{H}\) повторяет старшинство при броме, и обращение геометрии меняет обозначение. Однако (S)-2-бромпентан с диэтилкупратом лития даёт (S)-3-метилгексан: геометрия обращена, но новая этильная группа по старшинству ниже пропильной, порядок обхода меняется дважды, и обозначение остаётся прежним.
boltГеометрия и обозначение — разные вещи
Обращение Вальдена — это обращение геометрии. Буква R или S может не измениться, если меняется старшинство групп. Всегда пересчитывайте.
auto_awesomeЭнантиомеры в лекарствах
Стереохимия замещения важна в фармацевтике: энантиомеры лекарства могут действовать по-разному. Поэтому стадии \(S_N2\) с предсказуемым обращением конфигурации ценятся в синтезе хиральных препаратов.
Сложные случаи
Практикум. Один субстрат в разных условиях даёт разные продукты, а в циклогексанах продукт отщепления определяет форма кресла.
Для отщепления в циклогексане найдите кресло с аксиальной уходящей группой и аксиальные атомы водорода у соседних атомов; для сольволиза проверьте, не станет ли катион устойчивее после сдвига.
edit_noteРазбор задачи: 1-бром-4-метилциклогексаны
Цис-1-бром-4-метилциклогексан в устойчивом кресле имеет экваториальную метильную группу и аксиальный атом брома: E2 с этилатом идёт быстро. Транс-изомер в устойчивом кресле имеет обе группы экваториальными; для реакции кресло должно перевернуться, и E2 идёт медленнее. Продукт в обоих случаях один — 4-метилциклогексен: два соседних атома эквивалентны.
boltЦис и транс в кресле
В 1,2- и 1,4-дизамещённых циклогексанах транс-изомер может иметь обе группы экваториальными, а цис-изомер — одну аксиальной. В 1,3-дизамещённых наоборот. Сначала нарисуйте кресло, потом решайте.
auto_awesomeСкорость как доказательство
Разница скоростей отщепления цис- и транс-изомеров циклогексилгалогенидов стала одним из главных доказательств требования анти-перипланарности в E2.
push_pinГлавное
Механизм определяют по пяти пунктам: тип субстрата, реагент (нуклеофил или основание), растворитель и температура, стереохимия, проверка на перегруппировки. Первичные субстраты реагируют по \(S_N2\) или \(E2\), третичные — по \(S_N1\)/\(E1\) или \(E2\), вторичные — в зависимости от реагента; винильные и арильные не реагируют. \(S_N2\) обращает конфигурацию, \(S_N1\) даёт рацемат, \(E2\) требует анти-перипланарности.
Закрепите теорию: 13 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.