Niek Groot Bio-organische chemie 4-9-2012 SN1 reactie De SN1 ...
Transcript of Niek Groot Bio-organische chemie 4-9-2012 SN1 reactie De SN1 ...
Niek Groot
Bio-organische chemie
4-9-2012
SN1 reactie De SN1-reactie is een reactiemechanisme in de scheikunde. Het is een nucleofiele alifatische
substitutiereactie. Hierbij wordt de leaving group, een deel van een substraatmolecuul,
vervangen door een nucleofiel deeltje. De naam SN1 staat voor een substitutie door een
nucleofiel deeltje in een monomoleculaire snelheidsbepalende stap. Dit houdt in dat bij de
snelheidsbepalende (langzaamste) stap in het mechanisme één deeltje betrokken is. Dat ene
deeltje is bij SN1 het substraatmolecuul; de snelheid van de reactie wordt bepaald door de
snelheid van de afsplitsing van de leaving group.
Voorbeeld Een voorbeeld van een SN1-reactie is die van 2-
broom-2-methylpropaan met het jodide-ion.
In de eerste stap wordt het substraat gesplitst in een
carbokation en de leaving group, bromide in dit
voorbeeld. Vervolgens reageert het carbokation met
een nucleofiel deeltje, in dit voorbeeld jodide. Het
mechanisme van de reactie werd ontrafeld met behulp
van metingen van reactiesnelheden (de reactiekinetiek) en de stereochemie. In het algemeen
zijn carbokationen zo instabiel dat ze zeer snel met een nucleofiel deeltje zullen reageren..
Daardoor is de eerste stap, de splitsing van het substraat in carbokation en leaving group, in
de regel snelheidsbepalend.
Een ander reactiemechanisme dat qua naamgeving lijkt op het hierboven beschreven
mechanisme, is de SN2-reactie. Dit is een nucleofiele substitutie waarbij de
snelheidsbepalende stap bimoleculair is.
De aard van het nucleofiele deeltje speelt geen rol omdat in de snelheidsbepalende stap het
nucleofiele deeltje geen rol speelt is de reactiesnelheid bij een SN1 reactie onafhankelijk van
de aard van het nucleofiele deeltje.
SN2 reactie De SN2-reactie is een reactiemechanisme in de scheikunde. Het is een nucleofiele alifatische
substitutiereactie waarbij een nucleofiel deeltje een elektrofiel centrum 'aanvalt' en een
binding aangaat, waarbij tegelijkertijd een ander deeltje welke gebonden was aan het centrum
'vertrekt'. Midden in dat proces is er een situatie waarbij zowel het nucleofiele deeltje als de
vertrekkende groep gedeeltelijk zijn gebonden. Het nucleofiele deeltje, het aangevallen C-
atoom en de vertrekkende groep liggen op één lijn, terwijl de andere drie aan het aangevallen
C-atoom gebonden groepen samen met dat C-atoom in één vlak liggen, loodrecht op die lijn.
Zie de eerste figuur hieronder. De vertrekkende groep wordt ook wel de leaving group
genoemd.
De naam SN2 staat voor een substitutie door een nucleofiel deeltje in een bimoleculaire
snelheidsbepalende stap. Dit houdt in dat bij de snelheidsbepalende (langzaamste) stap in het
mechanisme twee deeltjes betrokken zijn, bij SN2 het nucleofiel (het deeltje dat aanvalt) en
het elektrofiel (het deeltje dat wordt aangevallen).
Niek Groot
Voorbeeld Een voorbeeld van een SN2
reactie is die van
broomethaan met een
hydroxide-ion (OH-) tot
ethanol.
Het mechanisme van de reactie berust met name op metingen van reactiesnelheden (de
reactiekinetiek) en op de stereochemie.
Een ander reactiemechanisme dat qua naamgeving lijkt op het hierboven beschreven
mechanisme, is de SN1-reactie. Dit is een nucleofiele substitutie waarbij de
snelheidsbepalende stap monomoleculair is.
In eerste instantie zou men kunnen denken dat de nucleofielsterkte van het nucleofiele deeltje
wordt bepaald door de basesterkte. Zolang het bindende atoom van het nucleofiele deeltje
eenzelfde atoom, bijvoorbeeld een O-atoom, is, klopt dat: het ethoxide-ion is sterker
nucleofiel dan het acetaation. Het zeer zwak basische jodide-ion is echter een sterk
nucleofiel. Aan de hand van de gegevens is af te leiden dat zowel de polariseerbaarheid van
het nucleofiele deeltje als de solvatatie van belang zijn voor de nucleofielsterkte.
Bij de SN2 substitutiereacties van alkylhalogeniden R-X neemt de reactiviteit af in de
volgorde I>Br>Cl>F. Deze volgorde heeft sterk te maken met de bindingsenthalpie van de C-
X binding. Deze bindingsenthalpie neemt af in de volgorde F>Cl>Br>I.
Wanneer er beslist moet worden of een molecuul een SN1 of een SN2 reactie zal ondergaan,
moet je nagaan of er een tertiair carbocation (SP3) beschikbaar zal zijn. Is dit niet het geval,
dan zullen de reagens een SN2 reactie ondergaan.
Eliminatiereactie Een eliminatiereactie is in de synthetische organische chemie een reactie waarbij een deel van
het molecuul verwijderd wordt. Het koolstofskelet van het molecuul verandert daarbij in
principe niet. In het molecuul ontstaat een π-binding. Het tegenovergestelde van een
eliminatiereactie is de additiereactie.
De eliminaties worden onderverdeeld op basis van het mechanisme en de positie van de
geëlimineerde atoomgroepen. Op basis van het mechanisme kan onderscheid worden
gemaakt tussen het E1- en het E2-mechanisme. Hierbij vindt bij een E2-mechanisme de
reactie in een stap plaats (de atoomgroepen worden tegelijk verwijderd), en bij een E1 in twee
stappen (er wordt eerst een carbokation gevormd, en vervolgens valt, in een aparte stap, de
andere atoomgroep "eraf").
Niek Groot
E1-eliminatie
De E1-eliminatie komt vaak voor bij solvolysereacties die via een carbokation verlopen.
Substitutie en eliminatie zijn hierbij concurrerende reacties. Het volgende reactieschema laat
dit zien.
Omstandigheden die gunstig zijn voor een SN1-reactie, zijn dat evenzeer voor een E1-
eliminatie. Competitie tussen eliminatie en substitutie hangt grotendeels af van de basesterkte
en de nucleofielsterkte van de aanwezige nucleofiele deeltjes.
E2-eliminatie Een 1,2-eliminatie is een type eliminatiereactie dat via verschillende reactiemechanismen tot
stand komen. Twee mechanismen van eliminaties die gewoonlijk in aanwezigheid van een
sterke base verlopen zijn de E2-eliminatie en de E1cB-eliminatie (nu nog niet te kennen,
misschien later). Bij deze reacties gaat het altijd om de eliminatie van HX.
E1 Reactions As with substitution reactions,
elimination reactions have two
possible mechanisms, entitled E1
and E2 (you’ll recall that the
substitution reaction mechanisms
were called SN1 and SN2). Like
before, the “1″ in E1 refers to the
unimolecular rate-determining step,
wherein the substrate undergoes
spontaneous ionisation and forms a
carbocation and the leaving group anion (however, the lone leaving group molecule is not
always anionic). The rate of an E1 reaction is therefore primarily controlled by the
concentration of the substrate alone. After the rate-determining ionisation reaction, the
carbocation is free to react with any nucleophiles in solution. This is where the E1 reaction
differs from its cousin, the SN1 reaction, because in the next step the nucleophile acts as a
base and does not donate its electrons to the carbocation.
Niek Groot
In this step of the E1 mechanism, the carbocation acts as an acid, donating a proton (H+) to
the nucleophile (which is acting as a base). However, since carbocations are generally poor
acids, it’s much more useful to examine the basicity of the nucleophile when determining
whether or not an elimination reaction will predominate. Strong bases will tend to remove
hydrogen atoms from the carbocation, forcing it to act as an acid, while weaker bases will
simply donate their nucleophilic electron pair to the carbon atom’s empty orbital, leading to a
substituted product, not an eliminated one. In essence, the main predictor of the path a
reaction will take (either elimination or substitution) is the basicity of the nucleophile.
E2 reactions Just as the elimination cousin of the SN1 reaction is the E1 reaction, the cousin of the SN2
reaction is the E2 reaction, which has a similar reaction pathway to SN2, and therefore has a
biomolecular rate-determining step – its rate is controlled by the concentration of both the
substrate and the nucleophile.
The main difference between an SN2 reaction and an E2 reaction is the place where the
nucleophile (temporarily, in the case of E2) bonds. You’ll remember that in an SN2 reaction
the nucleophile bonds to the opposite side of the carbon atom that has the leaving group
attached, forming a trigonal bipyramidal transition state around the carbon atom in question.
In E2 reactions the nucleophile bonds to a hydrogen atom on a neighbouring carbon to the
carbon that contains the leaving group, forming a complex transition state with multiple half-
bonds. Again, the strength of the nucleophile’s basicity is the main factor in
determining whether the SN2 mechanism or the E2 mechanism is followed, with
higher basicity correlating with a tendency towards the E2 mechanism.
Niek Groot
Zaitsev’s Rule and the Major Products of Elimination It may have already occurred to you, but when an elimination reaction occurs with a substrate
that has more than one carbon atom attached to the leaving group carbon there is the potential
to form more than one product – one with a hydrogen atom taken from one neighbouring
carbon, one with a hydrogen atom taken from another neighbouring carbon, etc.
However, when elimination reactions are carried out, there is often a major product,
indicating that one particular product is favoured over all the others. A general principle
called Zaitsev’s Rule can be used to predict what this major product will be for any given
elimination reaction.
Zaitsev’s Rule says that the product with the most number of carbon groups around the
double bond will be the major product, due to its increased stability. Apply Zaitsev’s Rule to
the above example and it’s easy to see that the major product would be 2,3-dimethylpent-2-
ene (the uppermost product), as it has four carbon groups around its double bond. The
product with the next highest abundance would be 3,4-dimethylpent-2-ene, as it has three
carbon groups around its double bond. 2-methyl-3-methylidenepentane would be the least
abundant, with only two carbon groups around the double bond.
Zaitsev’s Rule can be generalised like so:
Niek Groot
Belangrijke info tijdens college Tijdens het college werd de volgende vraag gesteld: “stel we nemen
2-bromo-2-methylpropaan (zie afbeelding hiernaast). Kan dit
molecuul een Sn1, Sn2, E1 en/of E2 reacties ondergaan?”. Als je
goed hebt gelezen snap je nu dat er bij unimoleculaire reacties
carbocationen worden gevormd. Bij dit molecuul kan er een tertiair
carbocation (belangrijk, bij secundaire carbocationen kan dit niet) gevormd worden. 2-
bromo-2-methylpropaan zal dus zowel een Sn1 als een E1 reactie ondergaan. Nu gaan we
verder. Bij een Sn2 reactie bindt het nucleofiel aan de andere kant van de zgn. leaving group
(Br). Om zo een bipirimidale binding met het tweede koolstofatoomaan te gaan (het hele
omflapgebeuren van vorig jaar). Hier zitten nu 3 methylgroepen in de weg, dus dit zal nooit
gaan gebeuren. Bij een E2 reactie is dit een ander verhaal. Hier zal de nucleofiel (bv. OH-)
aan een waterstofatoom ‘binden’. Hier zal de nucleofiel dus GEEN sterische hindering
ondervinden. 2-bromo-2-methylpropaan kan dus een Sn1, Sn2 en een E2 reactie ondergaan.
Niek Groot
Bio-organische chemie
10-9-2012
Aromaticiteit Aromaticiteit is in de organische chemie de benaming verbindingen met een bijzondere
eigenschap. Aromaten bestaan uit geconjugeerde ringsystemen van pi-bindingen, vrije
elektronenparen en/of lege orbitalen, waardoor deze verbindingen een grotere stabiliteit
bezitten dan op grond van alleen de stabilisatie van de conjugatie te verwachten is.
Aromaticiteit kan worden beschouwd als een manifestatie van zowel de cyclische
delokalisatie van elektronen als van chemische resonantie. Om aromaticiteit te bezitten moet
een chemische verbinding zowel een conjugatie als een resonantie hebben. Een chemische
verbinding van dit type wordt een aromatische verbinding genoemd. De extra stabiliteit wordt
feitelijk veroorzaakt doordat alle aromaten voldoen aan de regel van Hückel, namelijk de som
van het aantal resonerende, gedelokaliseerde pi-elektronen in het systeem is 4.n+2
(n=0,1,2,3... enz.). De term "aromatisch" is afkomstig van het feit dat vele
benzeenverbindingen beschouwd worden als aangenaam geurende stoffen.
Een aromatische verbinding bevat een reeks covalente bindingen met de volgende
kenmerken:
Een gedelokaliseerd en geconjugeerd systeem van pi-bindingen, gewoonlijk een
alternering van enkele en dubbele bindingen
Een coplanaire structuur, waarin alle elektronen zich binnen hetzelfde vlak bevinden
Een sp2-hybridisatie van de ringvormende atomen (meestal koolstof)
De atomen zijn in één of meer ringsystemen gerangschikt
Het aantal gedelokaliseerde pi-elektronen voldoet aan de regel van Hückel, dat wil
zeggen dat het aantal deelbaar is door 2, maar geen veelvoud is van 4. De
standaardformule hiervoor is 4n + 2 elektronen, waarbij geldt: n = 0, 1, 2, 3, ... Een
aromatische verbinding bezit dus 2, 6, 10, 14, ... elektronen die gedelokaliseerd zijn.
Chemische verbindingen die aan al deze voorwaarden voldoen, worden aromatisch genoemd.
Indien niet wordt voldaan aan de regel van Hückel, maar wel aan de andere voorwaarden, dan
noemt men de structuur anti-aromatisch. Ook moet je onthouden dat een anion (C-) sp2
gehybridiseerd KAN zijn. Carbocationen zijn
altijd sp2 gehybridiseerd.
Electrophilic Aromatic Substitution
Reactions
Although aromatic compounds have multiple
double bonds, these compounds do not
undergo addition reactions. Their lack of
reactivity toward addition reactions is due to the great stability of the ring systems that result
from complete π electron delocalization (resonance). Aromatic compounds react by
electrophilic aromatic substitution reactions, in which the aromaticity of the ring system is
preserved. For example, benzene reacts with bromine to form bromobenzene. Many
functional groups can be added to aromatic compounds via electrophilic aromatic substitution
reactions. A functional group is a substituent that brings with it certain chemical reactions
that the aromatic compound itself doesn't display.
Niek Groot
The bromination of benzene
All electrophilic aromatic substitution reactions share a common mechanism. This
mechanism consists of a series of steps.
1. An electrophile — an electron-seeking reagent — is generated. For the bromination of
benzene reaction, the electrophile is the Br+ ion generated by the reaction of the
bromine molecule with ferric bromide, a Lewis acid.
2. The electrophile attacks the π electron
system of the benzene ring to form a
nonaromatic carbocation.
3. The positive charge on the
carbocation that is formed is
delocalized throughout the
molecule.
4. The aromaticity is restored by the
loss of a proton from the atom to
which the bromine atom (the
electrophile) has bonded.
5. Finally, the proton reacts with the FeBr4− to
regenerate the FeBr3 catalyst and form the
product HBr.
You can summarize this particular electrophilic aromatic
substitution mechanism like this:
Niek Groot
The nitration of benzene In another example of an
electrophilic aromatic substitution
reaction, benzene reacts with a
mixture of concentrated nitric and
sulfuric acids to create
nitrobenzene.
The mechanism for the nitrobenzene reaction occurs in six steps.
1. Sulfuric acid ionizes to produce a
proton.
2. Nitric acid accepts the proton in an
acid-base reaction.
3. The protonated nitric acid
dissociates to form a nitronium ion
(+NO2).
4. The nitronium ion acts as an electrophile and
is attracted to the π electron system of the
benzene ring.
5. The nonaromatic carbocation that forms
has its charge delocalized around the
ring.
6. The aromaticity of the ring is reestablished by
the loss of a proton from the carbon to which
the nitro group is attached.
Niek Groot
Friedl-craftsalkylering Behandeling van een aromatische verbinding met een alkylerend reagens resulteert in een
elektrofiele aromatische substitutie die Friedel-Craftsalkylering wordt genoemd. Gewoonlijk
wordt een alkylering uitgevoerd met een mengsel van een halogeenalkaan zoals
chloormethaan en een sterk Lewiszuur zoals aluminiumchloride.
Naast de Friedel-Craftsalkylering is er ook de Friedel-Craftsacylering.
Hoewel strikt genomen geen alkylering is het reactiemechanisme voor de chlorering
en bromering van de aromatische ring geheel analoog aan de hier beschreven
alkylering: lees voor de alkylgroep in de voorbeelden een tweede halogeenatoom en
de reactie wordt een halogenering.
De Friedel-Craftsalkylering van benzeen met een halogeenalkaan zou kunnen worden
opgevat als een nucleofiele substitutie aan het halogeenalkaan door de aromatische ring[1].
Twee mechanismen komen in aanmerking voor deze substitutiereactie, SN1 en SN2. Het SN1
mechanisme bij een chlooralkaan is dan als volgt:
Het SN2 mechanisme wordt hieronder getoond aan de hand van de reactie tussen
broommethaan en benzeen:
Bij methylering mag men verwachten dat het SN1 mechanisme niet optreedt omdat het
methylkation zeer instabiel is. Het SN2 mechanisme ligt dan meer voor de hand.
Waarnemingen bij de methylering van tolueen, enerzijds met CH3Br, broommethaan,
anderzijds met CH3I, joodmethaan, ondersteunen het SN2 mechanisme.
Niek Groot
Bio-organische chemie
10-9-2012
Activerende en deactiverende groepen
Both the regioselectivity and the speed of an electrophilic aromatic
substitution are affected by the substituents already attached to the
benzene ring. In terms of regioselectivity, some groups promote
substitution at the ortho or para positions, while other groups
increase substitution at the meta position. These groups are called
either ortho-para directing or meta directing. In addition, some
groups will increase the rate of reaction (activating) while others will
decrease the rate (deactivating). While the patterns of regioselectivity
can be explained with resonance structures, the influence on kinetics
can be explained by both resonance structures and the inductive
effect. Substituents can generally be divided into two classes regarding electrophilic
substitution: activating and deactivating towards the aromatic ring. Activating substituents or
activating groups stabilize the cationic intermediate formed during the substitution by
donating electrons into the ring system, by either inductive effect or resonance effects.
Examples of activated aromatic rings are toluene, aniline and phenol.
The extra electron density delivered into the ring by the substituent is not equally divided
over the entire ring, but is concentrated on atoms 2, 4 and 6 (the ortho and para positions).
These positions are thus the most reactive towards an electron-poor electrophile. The highest
electron density is located on both ortho and para positions, though this increased reactivity
might be offset by steric hindrance between substituent and electrophile. The final result of
the elecrophilic aromatic substitution might thus be hard to predict, and it is usually only
established by doing the reaction and determining the ratio of ortho versus para substitution.
On the other hand, deactivating substituents destabilize the intermediate cation and thus
decrease the reaction rate. They do so by withdrawing electron density from the aromatic
ring, though the positions most affected are again the ortho and para ones. This means that
the most reactive positions (or, least unreactive) are the meta ones (atoms 3 and 5). Examples
of deactivated aromatic rings are nitrobenzene, benzaldehyde and trifluoromethylbenzene.
The deactivation of the aromatic system also means that generally harsher conditions are
required to drive the reaction to completion. An example of this is the nitration of toluene
during the production of trinitrotoluene (TNT). While the first nitration, on the activated
toluene ring, can be done at room temperature and with dilute acid, the second one, on the
deactivated nitrotoluene ring, already needs prolonged heating and more concentrated acid,
and the third one, on very strongly deactivated dinitrotoluene, has to be done in boiling
concentrated sulfuric acid. Functional groups thus usually tend to favor one or two of these
positions above the others; that is, they direct the electrophile to specific positions. A
functional group that tends to direct attacking electrophiles to the meta position, for example,
is said to be meta-directing.
Niek Groot
Activating group
In organic chemistry, a functional group is called an activating group (or electron donating
group) if a benzene molecule to which it is attached more readily participates in electrophilic
substitution reactions. Benzene itself will normally undergo substitutions by electrophiles, but
additional substituents can alter the reaction rate or products by electronically or sterically
affecting the interaction of the two reactants. Activating groups are generally ortho/para
directing for electrophilic aromatic substitution (though the deactivating halogens are also
ortho/para directing as they have unshared lone pairs of electrons that are shared with the
aromatic ring)
Deactivating group
In organic chemistry, a deactivating group (or electron withdrawing group) is a functional
group attached to a benzene molecule that removes electron density from the benzene ring,
making electrophilic aromatic substitution reactions slower and more complex relative to
benzene. Depending on their relative strengths, deactivating groups also determine the
positions (relative to themselves) on the benzene ring where substitutions must take place;
this property is therefore important in processes of organic synthesis. Het is belangrijk om te
onthouden dat halogenen DEACTIVERENDE groepen zijn, maar toch ortho-para
georienteerd zijn.
Electrophilic Aromatic Substitution Reactivity
When we have an electrophilic aromatic substitution reaction on a benzene ring that already
has an existing substituent, we have to be concerned with where the electrophile will go—in
the ortho, meta or para position. So where will the electrophile go?
If we attack the bond between the ortho and meta position and it can attack the bond between
the meta and para position. The method to predict where the electrophile will add, we must
look at all the possibilities where the electrophile can add. If the original substituent on the
ring has a partially negative charge. We need to determine how the partially negative charge
will interact with the positive charge on the ring. If one of these situations is more favorable
than the others then that structure will be favored. On the lower middle resonance structure
we have the positive charge on the ring adjacent to the partially negative charge. That is a
favorable situation because we have
opposite charges n adjacent atoms and
opposite charges attract. In the meta
pathway at no time is the positive charge
adjacent the partial negative charge. On
the ortho resonance structures, the upper
right structure has adjacent positive and
negative charges as we did in the para
example. So when we have a partial
negative charge on an already existing
substituent , the ortho and para pathways
are going to be favored because they
Niek Groot
form intermediates that are more stable
than those in the meta pathway.
Now, if the already existing substituent
has a partial positive charge, that will
change the way we look at the
intermediates. The intermediate that was
stable before, ortho, is quite unstable
because we have two positive charges
next to each other. That is an
unfavorable intermediate. A similar
condition exists for the para pathway.
These conditions are disfavored. In the
meta pathway, the positive charge is not
adjacent to the partial positive charge on
the already existing substituent. So, it doesn't have the unfavorable situation, therefore, the
meta pathway is favored in this case. We can use this type analysis in every case of
electrophilic aromatic substitution. Als je dus een relatief negatieve substituent hebt, wil je
d.m.v. resonantiestructuren proberen om de ontstaande positieve lading op het koolstofatoom
waar de relatief-negatieve substituent aan gebonden zit te krijgen. Dit gaat je alleen lukken
als het elektrofiel op de ortho of de para manier aan de benzeenring zal hechten (teken maar
uit). Als je een positieve lading (op het C-atoom) en een negatieve lading (op de substituent)
hebt zitten is dit energetisch gunstig. Wanneer je een relatief positieve substituent hebt, wil je
d.m.v. resonantiestructuren proberen om de ontstaande positieve lading niet tegenover het-al
positieve substituent te krijgen. Deze ‘optie’ zit alleen niet tussen de meta-
resonantiestructuren. Hieronder een aantal voorbeelden om het te verduidelijken.
Niek Groot
Rate of the reaction
Another aspect of EAS reactivity is how fast they react. In general any preexisting group that
makes an aromatic compound react faster than benzene, is called an activating group.
Likewise any substituent that makes the aromatic compound react slower than benzene is a
deactivating group.
Activating groups tend to be electron
donators. You can donate electrons by
resonance and by induction. The resonance
structure pushed electron into the ring,
creating partial charges. In the inductive
process, a group pushes electrons into the
ring creating a partial negative charge. So,
try to imagine how this will affect the
reaction with a positively charged
electrophile. Since opposites attract, the
reaction proceeds faster than unsubstituted
benzene. Thusly, activating groups are
generally electron donators. Deactivating
groups are generally electron withdrawing
groups which form positive charges in the
ring. Since like charges are involved, the
reaction will proceed more slowly. Therefore,
deactivating groups are electron withdrawing.
W
Deactivating groups are electron donators
resonance
WOR
W
+ E+
W Clinduction
reacts slower than benzene
D NH2D
+ E+
Activating groups are electron donators
resonance
D CH3D
+ E+
induction
reacts faster than benzene
Niek Groot
De effect van substituenten op de pKa
Wat je ook moet kunnen beredeneren is het wat het effect van een substituent op de pKa van
een bepaald product zal zijn. Hiervoor is het handig om de volgende vuistregel te onthouden:
Electron-withdrawing groups stabilize a base and
therefore increase the strength of its conjugate acid
Electron-donating groups destabilize a base and thus
decrease the strength of its conjugate acid
The more electronic deficient (ergo electron withdrawal) a substituent on phenol, the
stronger the acid:
The ortho–para product ratio decreases with an increase in the size of the substituents:
Niek Groot
Synthesis of trisubstituted benzenes
When a disubstituted benzene undergoes an electrophilic aromatic substitution reaction, the
directing effects of both substituents have to be considered. If both substituents direct the
incoming substituent to the same position, the product of the reaction is easily predicted.
Notice that thee positions are activated in the following reaction, but the new substituent ends
up on only two of the three. Steric hinderance makes the position between the two
substituents less accessible.
If the two substituents have similar activating properties, neither will dominate:
Niek Groot
Bio-organische chemie
19-9-2012
Grignard reaction De Grignard-reactie is een organische reactie waarbij een organomagnesiumhalogenide (het
Grignard-reagens) met een carbonylverbinding reageert tot een alcohol. Het is een
belangrijke syntheseroute in de organische chemie, omdat er op relatief eenvoudige manier
een koolstof-koolstofbinding wordt gevormd (zie afbeelding hieronder).
Nucleofiele acylsubstitutie Nucleofiele acylsubstitutie
De nucleofiele acylsubstitutie
is een type substitutiereactie
waarbij een nucleofiel bindt
aan een carbonyl-
koolstofatoom en een leaving
group aan een acylverbinding
verdrijft. De reactie van een nucleofiel met de polaire carbonylgroep van bijvoorbeeld een
aldehyde of keton resulteert in een nucleofiele additie met een tetraëdrisch alkoxide als
primair reactieproduct. Bij acylverbindingen echter is het carbonyl-koolstofatoom gebonden
aan een substituent dat kan fungeren als leaving group (L). Door de nucleofiele aanval op de
carbonylgroep ontstaat een tijdelijk tetraëdrisch intermediair, waarbij zuurstof een negatieve
lading verkrijgt (een zogenaamd alkoxide). De carbonylgroep, die een thermodynamisch en
elektronisch gunstig functionele groep is, zal zich hervormen. Hierbij kunnen twee dingen
plaatsgrijpen: het nucleofiel wordt weer afgesplitst of de leaving group wordt afgesplitst. In
het geval van koolstofnucleofielen (carbanionen), zal steeds de leaving group afgesplitst
worden, omdat een koolstof-koolstofbinding zeer sterk is. In het geval van zuurstof- of
stikstofnucleofielen treedt er doorgaans een evenwicht op tussen het oorspronkelijke en het
substitutieproduct, en kan het evenwicht naar het eindproduct worden verlegd door
bijvoorbeeld een overmaat van het nucleofiel te gebruiken.
Zure condities Under acidic conditions, the carbonyl group of the acyl compound 1 is protonated, which
activates it towards nucleophilic attack. In the second step, the protonated carbonyl (2) is
attacked by a nucleophile (H–Z) to give tetrahedral intermediate 3. Proton transfer from the
nucleophile (Z) to the leaving group (X) gives 4, which then collapses to eject the protonated
leaving group (H–X), giving protonated carbonyl compound 5. The loss of a proton gives the
substitution product, 6. Because the last step involves the loss of a proton, nucleophilic acyl
substitution reactions are considered catalytic in acid. Also note that under acidic conditions,
a nucleophile will typically exist in its protonated form (i.e. H–Z instead of Z–).
Niek Groot
Basische condities Under basic conditions, a nucleophile (Nuc) attacks the carbonyl group of the acyl compound
1 to give tetrahedral alkoxide intermediate 2. The intermediate collapses and expels the
leaving group (X) to give the substitution product 3. While nucleophilic acyl substitution
reactions can be catalytic in base, they will not be if the leaving group is a weaker base than
the nucleophile. Unlike acid-catalyzed processes, both the nucleophile and the leaving group
exist as anions under basic conditions.
Umpolung
Umpolung of inversie van de polarisatie is een concept in de organische chemie waarbij een
functionele groep door een welbepaalde ingreep van polarisatie verandert (de donor-
eigenschappen worden dus omgezet in acceptor-eigenschappen en omgekeerd). Deze
verandering kan leiden tot nieuwe reacties, die in het geval van een normale polarisatie niet
mogelijk zijn.
Cyanohydrin reaction
A Cyanohydrin reaction is an organic chemical reaction by an aldehyde or ketone with a
cyanide anion or a nitrile to form a cyanohydrin. This nucleophilic addition is a reversible
reaction but with aliphatic carbonyl compounds equilibrium is in favor of the reaction
products. The cyanide source can be potassium cyanide, sodium cyanide or trimethylsilyl
cyanide.