5. Substitutie: de SN-mechanismen
Stereochemie speelt een belangrijke rol bij het ophelderen van het mechanisme
van een reactie. Op zich een ingewikkeld onderwerp, dat we hier slechts ter illustratie behandelen.
Als voorbeeld gebruiken we de nucleofiele substitutie:
het verdringen van een substituent (vaak, maar lang niet altijd een halogeen),
door een andere groep met een vrij electronenpaar (vaak een negatief ion, maar
ook water is een nucleofiel).
Er zijn twee hoofd-mechanismen, met verschillende
stereochemische implicaties. Door een stereochemische analyse van het product kunnen we
afleiden wat het mechanisme geweest moet zijn.
De SN1-reactie
Wat je eerst ziet is de SN1-reactie van 1-broom-1-fenyl-ethaan in water. Die begint met het vertrek van het broom-ion, waarna een platte tussenstructuur wordt gevormd. Het water valt daarna of van dezelfde kant aan, of van de andere kant; beide mogelijkheden zijn even waarschijnlijk.
Ze zijn hieronder te bekijken met de animatiebesturing waarmee je inmiddels bekend bent.
De eerste stappen, het afsplitsen van het bromide
ion, zijn voor beide identiek. Maar zo rond stap 20 - 25 is te zien dat de
nieuwe koolstof-zuurstof binding in het ene geval boven het vlak, in het
andere geval onder het vlak gevormd wordt.
De getoonde producten moeten nog een H+ verliezen (afstaan aan water bijvoorbeeld) om uiteindelijk een alcohol te vormen, maar dat is voor de
stereochemie verder niet meer van belang.
Zet aan het eind de beide producten naast elkaar om ze te vergelijken.
Zijn ze
identiek of elkaars spiegelbeeld? Dit is wat lastig te zien, o.a. door de
aanwezigheid van de watermoleculen
Als de uitgangsstof optisch actief was, is het product dat dan ook?
|
|
|
|
|
|
|
|
|
De SN2-reactie
Deze reactie laten we aan twee moleculen plaatsvinden. Links chloormethaan, simpel
en overzichtelijk. Rechts een wat grotere, chirale uitgangsstof: 2-broomoctaan.
Het nucleofiel is links het bromide ion, rechts het hydroxyl-ion, OH-.
Zoals je ziet nadert het bromide-ion het chloormethaan-molekuul van de 'achter'kant, maakt het een binding met het C-atoom waarna de tetraeder omklapt en de chloor (als Cl-) afsplitst. Ergens halverwege zijn zowel broom
als chloor nog met een 'lange' binding aan de koolstof gebonden. Het 'omklappen'
wordt inversie genoemd: de nieuwe groep komt niet op de plaats van de oude,
maar juist aan de andere kant, de structuur wordt geïnverteerd.
Dit is een substitutie-reactie volgens het SN2 mechanisme.
Kijk opnieuw naar de producten, vooral dat van het octaan-derivaat. Opnieuw is de vraag:
als het 2-broomoctaan optisch actief was, is het product, 2-octanol dat dan ook?
|
|
|
|
|
|
Kreeg je verschillende antwoorden op de vragen bij de twee mechanismen?
Zo ja, dan weet je nu hoe je met stereochemie het onderscheid tussen
SN1 en SN2 kunt maken!
Zo nee, begin dan nog eens bovenaan en bekijk de modellen goed.
Kijk tenslotte naar het
.
Om te onthouden: de SN1-reactie begint met 1 molecuul (wat
uiteenvalt), de SN2-reactie begint met 2 moleculen, die
samen reageren.
Dit is het einde van dit module over stereochemie. Als je wilt kun je nog een test doen.
Er zijn nog andere modules over Polymeerchemie, Spectroscopie en Enzymen.
De pijl hieronder brengt je terug bij de beginpagina.
