18 i 19. Eliminacja halogenków alkili
nukleofil (Nu)
wg mechanizmu SN2 lub SN1
Typowe reakcje halogenków alkili
Nu reaguje z at. C przypomnienie z poprzedniego wykładu
przypomnienie z poprzedniego wykładu
X-= grupa odchodząca
wg mechanizmu E2 lub E1 Nu pełni rolę zasady
i odrywa H+
1. Eliminacja dwucząsteczkowa (E2)
10.1.1. Eliminacja E2 – mechanizm reakcji (b-eliminacja)
Jednoczesne odejście H+
(formalnie) i X¯, kiedy X = Cl, Br, I
Ponieważ I-jest słabszą zasadą (czyli lepszą grupą odchodzącą) od F-
dwa at. C-b symetrycznie podstawione
dwa at. C-b niesymetrycznie podstawione
20% 80% (E + Z)
Reguła Zajcewa
Głównym produktem E2 niesymetrycznego halogenku alkilu jest trwalszy alken
trwalszy alken
1.1. Regioselektywność E2 – reguła Zajcewa (X = I, Br lub Cl)
20% 80% (E + Z)
produkt główny, trwalszy dien (sprzężony)
produkt główny, trwalszy alken (sprzężony z Ph)
trwalszy alken (bardziej podstawiony)
rozmiar przestrzenny
zasady RO
skłonność do powstawania produktu niezgodnego
z regułą Zajcewa bardziej zatłoczony
(mniej dostępny dla zasady)
mniej zatłoczony
(bardziej dostępny dla zasady)
zgodny z regułą Zajcewa niezgodny z regułą Zajcewa
1.2. Regioselektywność E2 – reguła Zajcewa, a rozmiar zasady
z regułą Zajcewa O
O
O
O
1.3. Regioselektywność E2 – reguła Zajcewa, a rodzaj halogenu
produkt główny projekcja koziołkowa
1.4. Stereoselektywność E2 (anti-eliminacja, dwa at. H-b)
wzór przestrzenny Konformacja antiperiplanarna, warunek
konieczny do przebiegu r. eliminacji E2
trwalsza konformacja
≡ ≡
Ph (Z) HH3C
CH3
1.5. Stereospecyficzność E2 (anti-eliminacja, jeden at. H-b)
(R) (R)
HPh
BrH
(E)
H
Ph CH3
CH3
≡ ≡
10.2.1. Eliminacja E1 – mechanizm reakcji 2. Eliminacja jednocząsteczkowa (E1)
nie reaguje
produkt główny
2.1. Regioselektywność E1 – przegrupowanie karbokationu
2 1 5
H3C
CH3
bez przeniesienia CH3-
przebieg reakcji E1 byłby niemożliwy
produkt główny (trwalszy alken)
2.2. Stereoselektywność E1
z eliminacji H-b1
z eliminacji H-b2
produkty główne (tetrapodstawione alkeny), izomer (E) w przewadze
z eliminacji H-b3
Reakcja E1 nie jest stereospecyficzna. Dlaczego? Wytłumaczenie w uzupełnieniu.
3. Eliminacja halogenków benzylowych i allilowych
mocny Nu
słaby Nu
≡
konformacja diaksjalna (warunek konieczny)
konformacja diaksjalna Obydwa związki reagują
z taką samą szybkością
4. E2 halogenków cykloheksylowych
izomer cis izomer trans
konformacja nietrwała, Br w ułożeniu aksjalnym
konformacja diaksjalna (Br i H) nietrwała energetycznie (wymaga ekwatorialnego położenia Br)
niezgodny z regułą Zajcewa obydwa at. H w
położeniu aksjalnym
≡
konformacja diaksjalna
konformacja konformacja
nietrwała chlorek neomentylu
chlorek mentylu
reaguje 200 razy wolniej z EtONa niż chlorek neomentylu
4.1. E2 halogenków cykloheksylowych (do samodzielnego przemyślenia)
konformacja
diaksjalna (Cl i H) nietrwała
konformacja trwała
zgodny z regułą Zajcewa nie musi zajmować pozycji aksjalnej
(w przeciwieństwie do E2)
5. E1 halogenków cykloheksylowych
(w przeciwieństwie do E2)
halogenek reakcja SN2 E2 1°
2°
3° 100%
1
2
3
Eliminacji sprzyja użycie:
• halogenku rozbudowanego przestrzennie
• zasady rozbudowanej przestrzennie
6. Konkurencja S
N2/E2
pKa(CH3CO2H) < pKa (EtOH)
6
7
Eliminacji sprzyja użycie zasady:
• mocnej
• rozbudowanej przestrzennie Cl 100%
O
O O
O
EtO EtOH
OEt 25%
+
75%
4
5
Eliminacji sprzyja wysoka temperatura
Br
+ 19%
OEt
EtO
EtOH 100%
EtOH
81%
E1/SN1
E1 H
10.8. Eliminacja halogenków wicynalnych i geminalnych 7. Konkurencja S
N1/E1
SN1 zachodzi tylko w przypadku użycia słabego Nu
10.8. Eliminacja halogenków wicynalnych i geminalnych
halogenek geminalny
halogenek wicynalny
halogenek winylowy
alkin
1 Synteza Williamsona
2
8. Planowanie syntezy
HBr nadmiar
KOH,EtOH, DT – warunki reakcji przeznaczone do intencjonalnego
przeprowadzenia E2
3
4
8.-cd. Planowanie syntezy
4
UZUPEŁNIENIE
Nazewnictwo zwyczajowe
The carbon atoms are called the α-, β-, γ-carbons, starting with the atom nearest the functional group.
IUPAC Compendium of Chemical Terminology Gold Book 2012.
Br H
H
H
H atom węgla-a (C-a) H-a
H-a w stosunku Ph H-b w stosunku do NH2
(zależy od punktu odniesienia)
zawsze oznacza
„na końcu łańcucha”
H-a w stosunku do NH2 H-b w stosunku Ph
Reakcja Produkt(y)
SN2
Jeden produkt o odwróconym ułożeniu przestrzennym wiązań wokół asymetrycznego atomu węgla w porównaniu z ułożeniem w substracie (najczęściej konfiguracja absolutna produktu jest odwrotna do konfiguracji
substratu, chociaż nie zawsze – patrz slajd 19 w wykładzie „18 i 19. Substytucja nukleofilowa w halogenkach alkili)
E2
2° at. C-b: alkeny (E) i (Z); izomer (E) w przewadze (stereoselektywność)
3° at. C-b: jeden alken o konfiguracji zależnej od konfiguracji absolutnej substratu (stereospecyficzność)
Stereochemia substytucji nukleofilowej i eliminacji - porównanie
SN1 Izomery (R) i (S) - racemat
E1 Alkeny (E) i (Z); izomer (E) w przewadze (stereoselektywność)
Podsumowanie reakcji substytucji i eliminacji
Typ halogenku SN1 SN2 E1 E2
RCH2X nie zachodzi bardzo
uprzywilejowana nie zachodzi
zachodzi przy użyciu silnych zasad
R2CHX
może zachodzić w przypadku
halogenków benzylowych i allilowych
Konkuruje z reakcją E2
może zachodzić w przypadku halogenków benzylowych i allilowych
uprzywilejowana przy użyciu silnych zasad
R3CX
uprzywilejowana w rozpuszczalnikach hydroksylowych
nie zachodzi konkuruje z reakcją SN1 uprzywilejowana przy użyciu zasad hydroksylowych
na podstawie: McMurry rozdział. 11.15
Dlaczego reakcja E1 nie jest reakcją stereospecyficzną?
(R) Ph
Cl EtOH
(Z) Ph + (E)
Ph Cl
EtOH2 EtOH2
Ph
(S) Ph Cl
lub
produkt główny (duże podstawniki po przeciwnych stronach C=C
Me H
H
H Ph H
H Ph
lub EtOH
Ph H
H Me
H
Ph H
rotacja
H H Ph
H EtOH
H Ph H
H trwalsza konformacja
Dlaczego reakcja E1 nie jest reakcją stereospecyficzną?
produkt główny (duże podstawniki po przeciwnych stronach C=C pozostałe stereoizomery dadzą
taki sam wynik reakcji
trwalsza konformacja