Стереохимия SN2
Обращение конфигурации
linkОпора
- Урок 83. Механизм SN2 — рисовать механизм SN2 и объяснять кинетику второго порядка
- Урок 53. Конфигурация R и S — определять конфигурацию стереоцентра по правилам старшинства
В уроке 83 мы видели, что в механизме \(S_N2\) нуклеофил атакует атом углерода с тыла, со стороны, противоположной уходящей группе. У этого есть стереохимическое следствие. Пока нуклеофил образует связь, три других заместителя атома углерода выворачиваются на другую сторону, как спицы зонтика под сильным ветром. Поэтому конфигурация стереоцентра обращается. В этом уроке мы научимся рисовать продукт такой реакции и следить за конфигурацией в цепочках превращений.
Как нарисовать продукт \(S_N2\) у стереоцентра
- Нарисуйте субстрат с клиньями и штрихами.
- Поставьте нуклеофил на место уходящей группы, но с противоположной стороны: если уходящая группа была на клине, нуклеофил рисуют штрихом, и наоборот.
- Остальные группы оставьте на своих местах: это и есть вывернутый зонтик.
- Определите конфигурацию R или S продукта заново (урок 53).
Примеры
1. (R)-2-Бромбутан и гидроксид-ион. Гидроксид-ион встаёт на место брома с противоположной стороны, и образуется (S)-бутан-2-ол \(\ce{CH3CH(OH)C2H5}\). Группа OH, как и бром, старше остальных заместителей, поэтому вместе с геометрией меняется и буква.
2. (S)-2-Хлорпентан и цианид-ион. Образуется (R)-2-метилпентаннитрил. Группа CN, как и хлор, — старший заместитель, и буква меняется.
3. Цис-1-бром-3-метилциклопентан и цианид-ион. Цианид-ион атакует атом углерода с другой стороны кольца, поэтому из цис-изомера образуется транс-3-метилциклопентан-1-карбонитрил \(\ce{C7H11N}\).
4. Когда буква сохраняется. (S)-2-Бром-1-метоксипропан с цианид-ионом образует (S)-3-метокси-2-метилпропаннитрил \(\ce{CH3OCH2CH(CH3)CN}\). Геометрия обращена, но старшинство заместителей изменилось: у субстрата старшим был бром, а у продукта старшая группа — \(\ce{CH2OCH3}\) (кислород старше азота). Поэтому буква осталась прежней.
errorБуква — не геометрия
Обращение конфигурации — это изменение геометрии, а не обязательно смена буквы. Буква R/S меняется, только если нуклеофил занимает в ряду старшинства то же место, что уходящая группа. Поэтому после реакции конфигурацию определяют заново.
edit_noteПопробуйте сами
Какой продукт даст (R)-2-хлорпентан с азидом натрия в ДМФА?
expand_moreПоказать решение
(S)-2-азидопентан. Азидная группа, как и хлор, — старший заместитель, поэтому при обращении геометрии буква меняется.
Обращение в синтезе
Обращение конфигурации служит инструментом синтеза. Зная, сколько стадий \(S_N2\) проходит у стереоцентра, можно заранее сказать, какой стереоизомер получится.
Как проследить конфигурацию в цепочке
- Каждая стадия \(S_N2\) у стереоцентра обращает его конфигурацию.
- Две стадии \(S_N2\) подряд возвращают исходную геометрию (двойное обращение).
- Стадия, которая не затрагивает связей стереоцентра, сохраняет его геометрию. Так бывает при реакции у соседнего атома или при гидролизе сложного эфира.
- Букву R или S в конце цепочки определите заново.
Примеры
1. Одна стадия \(S_N2\). (S)-2-Иоднонан с ацетатом натрия в ДМФА образует (R)-2-нонилацетат \(\ce{CH3COOCH(CH3)C7H15}\): конфигурация обращается один раз.
2. Две стадии \(S_N2\). (S)-2-Бромгексан с иодидом натрия образует (R)-2-иодгексан, а тот с азидом натрия — (S)-2-азидогексан (рисунок выше). После двух обращений геометрия стереоцентра снова исходная.
3. Гидролиз сложного эфира. Щёлочь разрывает в сложном эфире связь между ацилом и атомом кислорода, а не связь кислорода со стереоцентром спирта:
Связь C–O у стереоцентра остаётся целой, поэтому конфигурация спирта сохраняется.
errorВторое SN2 возвращает конфигурацию
Двойное обращение даёт исходную геометрию, а не новую. Поэтому в задаче на цепочку считают, сколько стадий \(S_N2\) проходит именно у стереоцентра.
edit_noteПопробуйте сами
(R)-2-Бромпентан обработали NaI в ацетоне, затем NaSH в ДМФА. Какова конфигурация тиола?
expand_moreПоказать решение
Две стадии \(S_N2\) дают исходную геометрию. Группа SH, как и бром, — старший заместитель, поэтому образуется (R)-пентан-2-тиол.
push_pinГлавное
Атака с тыла выворачивает заместители стереоцентра, как зонтик на ветру: конфигурация обращается. Если нуклеофил занимает в ряду старшинства то же место, что уходящая группа, буква меняется: (R) → (S). Если старшинство меняется, буква может сохраниться — смотрите на геометрию, а не на букву. Две стадии \(S_N2\) подряд возвращают исходную геометрию; стадии, не затрагивающие связей стереоцентра, её сохраняют.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.