求核置換反応

ソース: Vy 雅洞とダニエル ・ キム、化学、カリフォルニア大学アーバイン校、カリフォルニア州部

求核置換反応は、有機化学における最も基本的なトピックの一つです。求核置換反応は、求核剤 (電子が豊富なルイス ・ ベース) が炭素原子から去るグループを置き換える 1 つです。

S_N1 (S = 置換、N = 1 Nucleophilic 最初順序の動力学を =)
S_N2 (S = N 置換 Nucleophilic、2 = = 二次速度)

このビデオは S_N1 と S_N2 の間の微妙な違いを視覚化するのに役立ちます反応と求核置換反応の各タイプを迅速化するため要因。最初のセクションがよりよく理解し、求核置換反応について説明するのに役立ちます反応に焦点を当てます。2 番目のセクションは、置換反応の実世界の例について説明します。

求核置換反応で、求核剤は、炭素原子に残してグループを置き換えます。ワンステップの求核置換が S_N2 の例のメカニズム。この反応は協調反応結合破壊と形成が同時に発生しています。留意するべき 1 つの事は、反応に関与する分子軌道が求核攻撃する必要がありますままグループから 180 ° に来ることを示すことです。したがって、いくつかニックネーム S_N2 反応「背面攻撃」。この背中側の攻撃は、反応の炭素の立体化学を反転します。これは、反応の発症時立体化学が反応後立体化学の結果を指示立体特異的反応の例です。

2 段階の求核置換が S_N1 の例のメカニズム。最初のステップで去るグループは葉し、カルボカチオンと呼ばれる中間体を形成します。2 番目のステップでは、求核基は、カルボカチオンを攻撃します。カルボカチオンはアキラルなので (キラルではない) 反応の先頭に任意の立体化学が失われます。製品がまだキラル今ラセミ混合物とよばれる両方の光学異性体も混合物であります。S_N1 反応は立体特異的ではないです。

2 つの部分、S_N1 と S_N2 の相対速度に影響する要因を検討する反応。

S_N1 パート 1 で検討する 11 のテスト チューブ反応を利用した反応。すべての反応は、同じ一般的な反作用スキームを持ってください。

反応のすべての料金は、互いに相対的です。反応速度は反応の視覚的なインジケーターによって決定されます。塩化銀沈殿ソリューション、ので反応がクリアから曇りを与えるに行く瞬間相対反応の視覚的表示の速度します。

テスト チューブ反応の 3 つで、アルキル ハロゲン化物の構造が反応率の役割を果たしている方法が試されます。同じ条件の下で 3 つの異なるアルキルクロライドはテストします。

テスト チューブ反応の 2 つの反応に及ぼす極性溶媒がテストされます。2 つの溶剤がテストされます。

テスト チューブ	溶剤	溶剤の種類
1	100% エタノール	極性プロトン性
2	5% エタノール: 95% アセトン	大抵極性非プロトン性

テスト チューブ反応の 2 つに残してグループ効果がテストされます。2 つの異なるアルキル ハロゲン化物を使用します。

最後に、4 つの試験管が反応速度法を測定する使用されます。反応速度は、ヨウ化ナトリウムと 1 bromobutane ソリューションのさまざまな濃度で測定されます。

テスト チューブ	塩化 tert-ブチル 濃度	銀製硝酸塩 濃度	沈殿するまでの時間
1	0.1 M	0.1 M
2	0.2 M	0.1 M
3	0.1 M	0.1 M
4	0.1 M	0.05 M

2 では一部で S_N2 は学習 11 試験管反応を利用した反応。すべての反応は、同じ一般的な反作用スキームを持ってください。

反応のすべての料金は、互いに相対的です。反応速度は、塩化ナトリウムや臭化ナトリウム解決から沈殿の視覚的なインジケーターによって決定されます。クリアから曇りになると反応示されます。

テスト チューブ反応の 3 つで、アルキル ハロゲン化物の構造が反応率の役割を果たしている方法が試されます。これは、臭素にバインドされている炭素の立体効果を比較します。同じ条件の下で 3 つの異なるアルキルクロライドはテストします。

テスト チューブ反応の 2 つのハロゲン化アルキルのセカンダリの立体効果がテストされます。これらはない行きの臭化炭素を含む分子の立体効果です。同じ条件の下で、2 つの異なるプライマリ アルキル ブロマイドがテストされます。

テスト チューブ反応の 2 つに残してグループ効果がテストされます。2 つの異なるアルキル ハロゲン化物を使用します。

最後に、4 つの試験管は反応速度法を測定するために適用されます。反応速度は、ヨウ化ナトリウムと 1 bromobutane ソリューションのさまざまな濃度で測定されます。

テスト チューブ	ヨウ化ナトリウム 濃度	1 Bromobutane 濃度	沈殿するまでの時間
1	15%	1.0 M
2	15%	2.0 M
3	15%	1.0 M
4	7.5%	1.0 M

パート 1: 勉強 S_N1 反応

アルキル ハロゲン化物の構造:

1. それぞれの 3 つの試験管に無水エタノールで硝酸銀の 0.1 M の溶液 2 mL を測定します。
2. 最初の試験管に 1 bromobutane の 2 滴を追加します。第 2 の試験管に 2 bromobutane の 2 滴を追加します。
3. 最終的に 2-ブロモ-2-methylpropane の 2 滴を追加第 3 テスト チューブ。
4. ストッパー、各試験管を振る。
5. 曇りまたは沈殿物の最初の兆候が表示されます時間を注意してください。

グループ効果を残してください。

1. 各 2 つの試験管に 2 mL の無水エタノールに硝酸銀の 0.1 M 溶液を測定します。
2. 最初の試験管に 2 滴を第 2 の試験管に 2-クロロ-2-methylpropane、2-ブロモ-2-methylpropane 2 滴を追加します。
3. ストッパー、各試験管を振る。
4. 曇りまたは沈殿物の最初の兆候が表示されます時間を注意してください。

極性溶媒効果:

1. 最初のテスト チューブと 2 番目のテスト チューブに 5 %ethanol/95% アセトンで硝酸銀の 0.1 M 溶液 2 mL メジャーに無水エタノールで硝酸銀の 0.1 M 溶液測定 2 mL。
2. 両方の試験管に 2-ブロモ-2-methylpropane の 2 滴を追加します。
3. ストッパー、各試験管を振る。
4. 曇りまたは沈殿物の最初の兆候が表示されます時間を注意してください。

S_N1 の率の法律を決定します。

1. 最初の試験管にエタノール 2-クロロ-2-methylpropane の 0.1 M の溶液 0.5 mL を測定します。
2. 第 2 の試験管にエタノール 2-クロロ-2-methylpropane の 0.2 M 溶液 0.5 mL を測定します。
3. 両方の試験管に無水エタノールに硝酸銀の 0.1 M 液 1.0 mL を追加します。
4. 慎重に混濁や沈殿物を観察するのにかかる時間を測定します。
5. 3 番目のテスト チューブに 1.0 mL のエタノールで硝酸銀の 0.1 M 溶液を測定します。
6. 4 試験管にエタノールに硝酸銀の 0.1 M 溶液 0.5 mL を測定し、エタノールの追加 0.5 mL を追加します。
7. 両方の試験管にエタノール 0.1 M 2-クロロ-2-methylpropane の 1.0 mL を追加し、混濁や沈殿物を観察する時間を慎重に測定します。

パート 2: 勉強 S_N2 の反応

アルキル ハロゲン化物の構造:

1. それぞれの 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。
2. 最初の試験管に 1 bromobutane の 2 滴を追加します。
3. 第 2 の試験管に 2 bromobutane の 2 滴を追加します。
4. 最後に、最終的に 2-ブロモ-2-methylpropane の 2 滴を追加第 3 テスト チューブ。
5. ストッパー、各試験管を振る。
6. 曇りまたは沈殿物の最初の兆候が表示されます時間を注意してください。

立体効果:

1. 2 つの試験管にヨウ化ナトリウム 15% アセトン溶液の 1 mL を測定します。
2. 最初の試験管に 1 bromobutane の 2 滴を追加し、2 番目のテスト チューブにネオペンチル ブロマイドの 2 滴を追加します。
3. ストッパー、各試験管を振る。
4. 曇りまたは沈殿物の最初の兆候が表示されます時間を注意してください。

グループ効果を残してください。

1. 2 つの試験管にヨウ化ナトリウム 15% アセトン溶液の 1 mL を測定します。
2. 最初の試験管に 1 bromobutane の 2 滴を追加し、2 番目のテスト チューブに 1 chlorobutane の 2 滴を追加します。
3. ストッパー、各試験管を振る。
4. 曇りまたは沈殿物の最初の兆候が表示されます時間を注意してください。

2 S_Nを決定する法律を評価します。

1. 2 つの試験管にヨウ化ナトリウム 15% アセトン溶液中の 1.0 mL を測定します。
2. 最初のテスト チューブにアセトンで 1 bromobutane の 1.0 M 溶液 0.1 mL を追加します。
3. 曇りの最初の兆候を観察する時間を慎重に測定します。
4. 2 番目のテスト チューブにアセトンで 1 bromobutane の 2.0 M 溶液 0.1 mL を追加します。
5. 曇りの最初の兆候を観察する時間を慎重に測定します。
6. 3 番目と 4 番目の試験管に 1.0 mL のアセトンで 1.0 M 1 bromobutane を測定します。
7. アセトン溶液で 3 番目の試験管にヨウ化ナトリウム 7.5% の 0.1 mL を追加します。
8. 曇りの最初の兆候を観察する時間を慎重に測定します。
9. 4 試験管にアセトン溶液にヨウ化ナトリウム 15% の 0.1 mL を追加そして曇りの最初の兆候を観察する時間を慎重に測定します。

その 1: 勉強 S_N1 の反応

アルキル ハロゲン化物の構造:

グループ効果を残してください。

極性溶媒効果:

S の決定_N1 法:

テスト チューブ	銀製硝酸塩 濃度	1 Bromobutane 濃度	沈殿するまでの時間
1	0.1 M	0.1 M	20 s
2	0.1 M	0.2 M	10 s
3	0.1 M	0.1 M	20 s
4	0.05 M	0.1 M	20 s

その 2: 勉強 S_N2 の反応

アルキル ハロゲン化物の構造:

立体効果:

グループ効果を残してください。

S の決定_N2 評価法:

テスト チューブ	ヨウ化ナトリウム 濃度	1 Bromobutane 濃度	沈殿するまでの時間
1	15%	1.0 M	20 s
2	15%	2.0 M	10 s
3	15%	1.0 M	20 s
4	7.5%	1.0 M	40 s

これらの実験はすぐに求核置換反応の傾向を表示する設計されています。S_N1 と S_N2 の間の微妙な違いを理解することができますこれらの傾向を実験的テスト反応。反応条件の最適化を開発して化学を学んだ。それはすべてが最初の反応を理解することから生じて: スピードアップか反応が遅く、どのように我々 はそれの利点を取ることができますか?最高の溶媒、温度、または試薬の濃度はどれだけ速く反応を左右する選択を終了します。時間をかけて、化学者だけでなくして心配している速度が、選択性と利回りも。求核置換反応は、合成の文献で見つけることができますを学ぶ重要な反応です。

このデモは、求核置換反応のリソースとして使用することができます。ただし、任意の有機化学反応を研究する方法の大まかな概要です。科学的なメソッドを使用しての基礎である反応条件 (一度に変化する変数) とその影響を観察することを変更する方法。これは、置換反応、芳香族置換反応、アシル置換反応など、たとえば、他の置換反応以外の反応の他のタイプに適用できます。

反応は、収率、選択性、速度 (効率) に最適化されています。どのように化学変化反応触媒としてパラメーターなど、温度、溶剤、そして残してグループ機能することができます主は反応に影響を与えます。反応に関する貴重な情報を貸すことができる反応の動態を知ること、通常これは反応のメカニズムを理解する始まり。