I organisk kjemi , en reaksjon nukleofil substitusjon er en substitusjonsreaksjon hvori en gruppe nukleofil rike på elektroner , betegnet Nu - , angriper et molekyl som elektrofil har en dårlig site elektroner, og erstatter et atom eller gruppe av atomer , som kalles utgående gruppe (betegnet GP ), eller nukleofuge- gruppe .
De frie elektronene (:) i nukleofilen Nu - angriper substratet R-GP ved å danne en ny binding, og forårsaker dermed avgangen til den forlatende gruppen GP. Noen ganger kan løsningsmidlet forårsake brudd og la nukleofilen reagere. Nukleofilen kan enten være elektronisk nøytral eller negativt ladet, mens substratet kan være nøytralt eller positivt ladet.
Et eksempel på nukleofil substitusjon er transformasjonen av en halogenforbindelse til alkohol (hydrolyse av et alkylhalogenid i et basisk medium ).
Nukleofile substitusjonsreaksjoner må anses som en blanding av S N 1 og S N 2, avhengig av arten av den forlatende gruppe og av molekylet i betraktning. Det er derfor fullt mulig for en nukleofil substitusjon å føre til en blanding av enantiomerer eller diastereomerer, avhengig av reaksjonsbetingelsene. I eksemplet nedenfor reverserer den beskrevne reaksjonen riktig den absolutte konfigurasjonen av karbonet i a av karboksylgruppen . I henhold til avsnittet "diskusjon" i den samme artikkelen, hvis man prøver å aktivere hydroksylgruppen ved å transformere den til et sulfonat eller ved å bruke en Mitsunobu-reaksjon , oppnår man en blanding av enantiomerer, det vil si at tegnet S N 1 av erstatningen økes.
Reaksjonstype | S N 1 | S N 2 |
---|---|---|
Mekanisme |
|
|
Mellomliggende | Kation , vanligvis en carbocation. | Ingen mellomledd (ett-trinns mekanisme, vi kan bare prøve å beskrive en "overgangstilstand") |
Stereokjemi | Racemisk blanding, fravær av stereoselektivitet. | Relativ konfigurasjonsinversjon (" Walden inversjon "), enantiospesifikk reaksjon |
Reaksjonshastighet | v = k * [R-GP] (rekkefølge 1) | v = k * [R-GP] [NU:] (rekkefølge 2) |
Radikal innflytelse |
R III -GP >> R II -GP> R I -GP (stabilisering av mellomproduktet (ved donorinduktive effekter ...)) |
R I -GP> R II -GP >> R III -GP (destabilisering av overgangstilstanden ved sterisk hindring) |
Innflytelse av nukleofilen |
Hastigheten påvirkes ikke av nukleofilen. | Hastigheten øker med økningen av:
og avtar når den er for stor. |
Påvirkning av løsemiddelets polaritet | Protiske løsemidler (vann, metanol, etc.) fremmer SN1-prosessen ved å lette dannelsen av karbokasjon ved etablering av hydrogenbindinger | Polare aprotiske løsningsmidler (aceton, DMSO, etc.) fremmer SN2-prosessen ved å løse kationen assosiert med nukleofilen |
Innflytelse av nucleofuge |
Jo mer polariserbart båndet er, desto lettere brister det, jo raskere blir reaksjonen. Når det gjelder haloalkaner, øker hastigheten fra RF til RI : RI > R-Br > R-Cl >> RF |