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Literatur
Verwandte Reaktionen
Finkelsteinreaktion
Kolbe Nitrilsynthese
Nucleophile Substitution ist die Reaktion eines Elektronenpaarspenders (nucleophile, Nu) mit einem Elektronenpaarakzeptor (dem Elektrophil). Ein sp3-hybridisiertes Elektrophil muss eine Abgangsgruppe (X) aufweisen, damit die Reaktion stattfinden kann.,
Mechanismus der nucleophilen Substitution
Der Begriff SN2 bedeutet, dass zwei Moleküle am tatsächlichen Übergangszustand beteiligt sind:
Der Abgang der ausscheidenden Gruppe erfolgt gleichzeitig mit dem Rückwärtsangriff des Nucleophilen. Die SN2-Reaktion führt somit zu einer vorhersehbaren Konfiguration des Stereozentrums – sie verläuft mit Inversion (Umkehrung der Konfiguration).
In der SN1-Reaktion wird zuerst ein planares Carbeniumion gebildet, das dann weiter mit dem Nucleophilen reagiert., Da das Nucleophile frei ist, von beiden Seiten anzugreifen, ist diese Reaktion mit Racemisierung verbunden.
In beiden Reaktionen, die nucleophile konkurriert mit der Gruppe verlassen. Aus diesem Grund muss man erkennen, welche Eigenschaften eine Kerngruppe haben sollte und was ein gutes Nukleophiles ausmacht. Aus diesem Grund lohnt es sich zu wissen, welche Faktoren bestimmen, ob eine Reaktion einem SN1-oder SN2-Weg folgt.
Sehr gute Ausgangsgruppen, wie Triflate, Tosylat und Mesylat, stabilisieren eine beginnende negative Ladung., Die Delokalisierung dieser Ladung spiegelt sich darin wider, dass diese Ionen nicht als nukleophil gelten.
Hydroxid-und Alkoxidionen sind nicht gut für Gruppen; Sie können jedoch mittels Lewis-oder Brønsted-Säuren aktiviert werden.
Epoxide sind eine Ausnahme, da sie ihre Ringbelastung bei nucleophiler Substitution entlasten, wobei die Aktivierung durch Säure optional ist:
Triflat, Tosylat und Mesylat sind die Anionen starker Säuren., Die schwachen konjugierten Basen sind schlechte Nukleophile. Die Nukleophilie nimmt parallel zur Basenstärke zu. Somit sind Amine, Alkohole und Alkoxide sehr gute Nukleophile. Die Basenstärke ist ein grobes Maß dafür, wie reaktiv das nichtbondende Elektronenpaar ist; Daher ist es nicht notwendig, dass ein Nukleophiles anionisch ist.
Unter Substitutionsbedingungen bilden Amine quaternäre Salze, was es schwierig macht, das Ausmaß der Reaktion zu kontrollieren.,
Wenn jedoch die Basenstärke und das sterische Hindernis eines Nukleophilen zunehmen, wird seine Basizität tendenziell betont. Wenn sich abstrahierbare Protonen an der β-Position des Elektrophils befinden, kann ein Eliminationsweg mit der nukleophilen Substitution konkurrieren.
Ein weiterer Faktor, der eine Rolle spielt, ist der Charakter des Lösungsmittels. Eine zunehmende Stabilisierung des Nukleophils durch das Lösungsmittel führt zu einer Abnahme der Reaktivität., Somit stabilisieren polare protische Lösungsmittel die Chlorid – und Bromidionen durch die Bildung von Wasserstoffbindungen an diese kleineren Anionen. Iodid ist in diesen Lösungsmitteln ein vergleichsweise besseres nucleophiles. Das umgekehrte Verhalten überwiegt in aprotischen polaren Medien.
Das Lösungsmittel spielt auch eine wichtige Rolle bei der Bestimmung, welchen Weg die Reaktion dauert, SN1 vs. SN2. Es kann sicher davon ausgegangen werden, dass eine primär substituierte Abgangsgruppe in jedem Fall einem SN2-Weg folgt, da die Bildung des entsprechenden instabilen primären Carbeniumions disfavored ist., Die Reaktion über den SN1-Weg ist für Verbindungen mit tertiärer Substitution sehr wahrscheinlich, da das entsprechende tertiäre Carbeniumion durch Hyperkonjugation stabilisiert wird:
Je besser das Lösungsmittel die Ionen stabilisiert, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Reaktion einem SN1-Weg folgt (z. B. in polaren protischen Lösungsmitteln wie Wasser in Aceton). Je stärker das beginnende Carbeniumion substituiert ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Reaktion einem SN1-Weg folgt., Je unreaktiver das Nukleophile ist, desto wahrscheinlicher wird es, dass eine Reaktion mit sekundären und tertiären Elektrophilen einem SN1-Weg folgt. Ein schwächeres Nucleophiles ist beim Rückseitenangriff nicht so wirksam, da dieser Ort insbesondere bei tertiären Substraten sterisch abgeschirmt ist. Carbeniumionen sind planar und daher weniger sterisch behindert, und sind natürlich reaktiver als Elektrophile als die ungeladene Mutterverbindung.,
Die Hydrolyse von tert-butylchlorid ist eine typische SN1-Reaktion:
Neuere Literatur
für Eine hocheffiziente Umwandlung von Primären oder Sekundären Alkoholen in Fluoride mit n-Perfluorobutanesulfonyl Fluorid-Tetrabutylammonium Triphenyldifluorosilicate
X. Zhao, W. Zhuang, D. Fang, X. Xue, J. Zhou, Synlett, 2009, 779-782