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nucleophile Substitution

organische Chemie, MPG, Dezember 2012
by

Linda Blanken

on 6 January 2013

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Transcript of nucleophile Substitution

a) Reaktion erster Ordnung. Für die Reaktionsgeschwindigkeit gilt: S : monomolekulare Substitution Vorgang: zweistufiger Prozess, bei dem Abspaltung der Ausgangsstoffe und Anlagerung des Nucleophils seperat ablaufen. Nucleophile allgemeiner Verlauf der S -Reaktion bimolekulare Substitution Vorgang: einstufiger Prozess, bei dem Abspaltung der Ausgangsstoffe und Anlagerung des Nucleopils gleichzeitig und kontinuierlich ablaufen. Merkmale der N2 Substitution organische Chemie nucleophile Substitution Nucleophile sind Anionen und polare oder leicht polarisierbare Teilchen mit freien Elektronenpaaren. Sie greifen ihre Reaktionspartner an positiven Ladungszentren oder in Bereichen positiver Partialladung an. Definition Nucleophil Y ersetzt ein C-Atom oder eine Atomgruppe X.
Ausgangstoffe R sind Kohlenstoffatome, die über eine polare Elektronenpaarbindung elektronegative Substitution (z.B. Halogenatome) gebunden haben Merklmale der N1 Substitution 1. Im geschwindigkeitsbestimmenden Schritt dissoziiert das R-X Molekül in solvatisierte Ionen. 2. Das nucleophile Teilchen Y greift am positiv polarisierten C-Atom an. Für die Substitution gibt es drei verschiedene Möglichkeiten. Dieser Schritt wird durch das elektrophile X, Lösungsmittel oder Katalysatoren begünstigt. langsam + - + - B. Eliminierung schnell A. Substitution C. Umlagerung Olefin + HY umgelagertes Produkt Die Reaktionsgeschwindigkeit ist nur von c(X), nicht aber von c(Y) abhängig. b) die Räumliche Struktur Inversion Racemisierung c) Olefine / umgelagerte Verbindungen treten als Nebenprodukte auf. d) Das Salvationsvermögen hat großen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit. e) Carboniumkationen mit niedriger sterischer Anforderung gebildet werden; die Aktivierungsentropie liegt bei 0cal/K*mol. Retention II. Das Nukloephil kann mit gleicher Wahrscheinlichkeit von bei Seiten angreifen; es entstehen zwei spiegelverkehrte Tetraeder. I. Das C-Atom geht aus der vierbindigen tetraedrischen Form in die dreibindige Dreiecksform. 1. Das Nucleophil nähert sich dem R-X Molekül von der dem Substituenten X gegenüberliegenden Seite und tritt mit R-X in Wechselwirkung. Synchron: Bildungsabstand R-X steigt, während Bildungsabstand R-Y sinkt. Übergangszustand: Y nicht ganz gebunden, X nicht ganz abgetrennt; Zustand höchster Energie. Vollendete Substitution. a) Reaktion zweiter Ordnung. Für die Reaktionsgeschwindigkeit gilt: Die Geschwindigkeit der Reaktion ist abhängig von der X- als auch von der Y-Konzentration. b) räumliche Struktur Das zentrale C-Atom verliergt seine Verbindigkeit nicht; die thetraedrische Struktur bleibt erhalten.

"Walden Umkehr": Der Ausgangstoffs wird "umgestülpt" und ist Spiegelbild des Produkts ("Inversion"). c) Durch geeignete Reaktionsbedingungen lässt sich die Bildung von Olefinen und Umlagerungsprodukten vermeiden. d) Stark negative Aktivierungsentropie: Der Bildung des hoch geordneten Übergangszustandes stellt hohe sterische Anforderungen. N N1 Olefine Solvatation Bei der Solvatation lösen Ionen in einem polaren Lösungsmittel durch ihre elektrische Ladung Kräfte auf die Lösungsmitteldipole aus. Das führt zu einer geordneten Struktur des Lösungsmittels unter Bildung einer Solvathülle. Die negativen Pole der Lösungsmitteldipole richten sich zu den Kationen, die positiven Pole der Lösungsmitteldipole richten sich zum Anion. Beispiel: NaCl dissoziiert in Wasser. Die Wasserdipole drängen sich zwischen Na und Cl: Die negativen Pole der Wasserdipole richten sich zum Na+, die positiven Pole der Wasserdipole zum Cl- es entsteht eine Solvathülle. Je stärker der Dipol, desto eher wird NaCl getrennt. ? ? Carbokation Carbokationen oder Carbeniumionen sind positiv geladene Kohlenwasserstoffmoleküle. Sterisch bezieht sich auf die Komplexität der Molekülstruktur. Je komplexer die Struktur, desto größer die Ordnung und desto kleiner die Entropie. Je größer die Molekülordnung, desto größer die nötige sterische Anforderung. sterische Anforderung ? ? Eliminierung (E) Bei der Eliminierung werden ein H-Atom und ein anderes Atom (z.B. Halogen) oder Radikal vom gleichen C-Atom abgespalten. Es kommt nicht zur Substitution, aber am gleichen C-Atom entsteht eine C=C Doppelbindung. Olefin Olefine sind KW-Stoffe mit gerader Kohlenstoffkette und einer Doppelbindung im Molekül.

Hier: Abbruch der Substitution, weil das Y-Anion ein H-Kation vom Kohlenwasserstoffmolekül „abreißt“. Der Kohlenstoff ist negativ geladen und schließt sich in einer Doppelbindung mit dem benachbarten C-Atom zusammen. Umlagerung Umgruppierung der Atome eines Moleküls. Es entsteht ein Molekül mit gleicher Summen- aber unterschiedlicher Strukturformel. ? Racemisierung . . . (lat. retinere – zurückhalten) ist die Mischung von zwei Enantiomeren (gleiche Summenformel, aber optisch gespiegelt) zu verhältnismäßig gleichen Teilen. In der Praxis ist es so, dass das X-Atom noch „oben“ am R-X Molekül ist und deshalb die Inversion eher stattfindet. Retention Erhaltung der Konformation. Konformations-Isomere: Isomere gleicher Summen- und Strukturformel, die sich durch Drehen der Einfachbindungen ineinander überführen lassen (daher „Rotamer“). Inversion Erhaltung Konstitution aber Änderung der Konfiguration. Y bringt ein bindendes Elektronenpaar mit sich --> R-Y. Beispiel: X hat elektrophilen Charakter und verlässt das Substrat mit dem bindenden Elektronenpaar von R-X. Ein Beispiel... Die Reaktion von Chlormethan mit einem Hydroxidion. Was passiert? 2. Bindungsbildung 1. Bindungspaltung C-Cl O-C Substitutionsreaktion: Das C-Atom hat eine Bindung gebrochen und ist eine neue eingegangen. Jede Reaktion in der organischen Chemie ist der Austausch von Elektronen zwischen Atomen. Alles was hier passiert ist also ein Elektronenaustausch. Der Elektronenaustausch findet zwischen den Bindungen statt: von Linda Blanken Es wird zwischen zwei Extremfällen unterschieden... Alles
klar? JA! Dann sieh dir die Präsentation nochmal von vorne an oder frag mich direkt was unklar ist. NEIN! oder...
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