Title 11-Phản ứng thế Nucleophile (ái nhân) ✅

11-Phản ứng thế Nucleophile (ái nhân) Yêu cầu cần đạt (mục tiêu bài học): 1. Có thể nhận biết được khi nào xảy ra phản ứng thế ái nhân. 2. Viết được phương trình hóa học (vẽ cơ chế nếu có thể) và dự đoán kết quả hóa học (lập thể nếu có) và sản phẩm của phản ứng SN1 và SN2. 3. Phân biệt được các điều kiện phản ứng thuận theo cơ chế SN1 và SN2 (tức là trong một phản ứng thế ái nhân cho trước, có thể dự đoán được phản ứng tiến hành theo SN1 hay SN2). 4. Hiểu được nhóm nào có tính ái nhân tốt hơn và nhóm nào là nhóm rời khỏi, nhóm nào không tham gia phản ứng SN1 và SN2. NỘI DUNG 11.1. Tóm tắt những điều cơ bản Hãy nhớ lại rằng điều quan trọng là khi đề xuất các phản ứng ái nhân-điện tử để tránh vi phạm quy tắc bát tử . Ví dụ: nếu một nucleophile đang tấn công một electrophile đã có một octet đầy đủ, thì electrophile sẽ phải mất electron để tránh có nhiều hơn một octet/hóa trị đầy đủ. Thông thường điều này được thực hiện bằng cách phá vỡ một liên kết khác cùng lúc với liên kết mới đang được hình thành . Trong một số phản ứng, điều này có thể dẫn đến liên kết σ bị phá vỡ và một nhóm/nguyên tử khác bị đẩy ra khỏi phân tử. Các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử bị bật ra trong phản ứng được gọi là nhóm rời khỏi . Hãy nhớ lại rằng theo định nghĩa ái nhân và ái điện tử, tất cả các phản ứng axit-bazơ của Brønsted cũng là phản ứng ái nhân-điện di.
Proton của axit thiếu điện tử và có thể được phân loại là chất ái điện tử, trong khi bazơ giàu điện tử và có thể được phân loại là chất ái nhân . Phản ứng thay thế nucleophilic rất giống với phản ứng axit-bazơ (sơ đồ 11.1). Sơ đồ 11.1 – So sánh cơ chế phản ứng axit-bazơ với cơ chế phản ứng thay thế nucleophilic (S N 2). Tất cả các phản ứng thế ái nhân đều tuân theo một trong hai cơ chế có thể xảy ra. Mục tiêu của chương này là thảo luận về hai khả năng có thể xảy ra và đưa ra đủ bối cảnh để học sinh có thể xác định cơ chế nào sẽ xảy ra đối với một phản ứng nhất định. Có nhiều phản ứng thay thế nucleophilic được đặt tên cụ thể. Ví dụ, sự hình thành ete bằng cách cho alkoxit tấn công alkyl halogenua (xem Sơ đồ 11.8) đôi khi được gọi là tổng hợp Williamson Ether. Tài liệu này nói chung sẽ tránh sử dụng các tên cụ thể, nhưng có thể chúng có thể gặp trong các bài tập, phòng thí nghiệm, thảo luận, v.v. Trong những trường hợp này, tìm kiếm tên của phản ứng bằng cách sử dụng một nguồn như Wikipedia sẽ là một cách đơn giản để tìm hiểu. hiểu những gì đang được thảo luận.
11.2. Phản ứng thế: Phản ứng SN2 Phản ứng thay thế nucleophilic (đôi khi được gọi là phản ứng dịch chuyển) có thể xảy ra với một hoặc hai bước trong cơ chế. Với một bước trong cơ chế, phản ứng SN2 có chức năng giống với phản ứng axit-bazơ. Sự khác biệt chính so với đối tác của chúng là chúng có tính chất lập thể; hóa học lập thể của sản phẩm sẽ được quyết định bởi phản ứng. 11.2.1. Cơ chế Phản ứng thế nucleophilic theo cơ chế S N 2 có một bước (sơ đồ 11.2). Nucleophile tấn công electrophile, tạo ra liên kết mới. Điều này xảy ra cùng lúc với việc liên kết giữa electrophile và nhóm rời đi bị phá vỡ. Liên kết mới hình thành cùng lúc với liên kết cũ bị phá vỡ . Sơ đồ 11.2 – Cơ chế phản ứng thay thế nucleophilic S N 2 của Bromoethane bằng Natri Hydroxit.
Tùy thuộc vào phản ứng cụ thể đang xảy ra, có thể có các bước cộng trước hoặc sau bước thay thế. Ví dụ, nucleophile hoặc electrophile có thể được kích hoạt trước khi thay thế, hoặc có thể có sự proton hóa hoặc khử proton sau khi nucleophile tấn công electrophile (sơ đồ 11.3). Các bước cộng này không làm thay đổi việc phân loại cơ chế cho bước thay thế; nếu liên kết cũ bị phá vỡ cùng lúc với liên kết mới hình thành thì nó vẫn được xếp vào loại phản ứng thế ái nhân S N 2 . Sơ đồ 11.3 – Cơ chế phản ứng thay thế nucleophilic S N 2 của Bromoethane bằng nước. Các ví dụ khác về các loại phản ứng S N 2 này bao gồm mở vòng epoxit được xúc tác axit hoặc bazơ (xem Phần 8.10.1 và 8.10.2), tuân theo cơ chế S N 2 để mở vòng nhưng có các bước cộng trước và sau. sau bước thay thế nucleophin. 11.2.2. Bước phản ứng và xác định tốc độ Chỉ có một bước trong phản ứng thế S N 2. Theo định nghĩa, đây là bước xác định tỷ lệ (Hình 11.1). Phản ứng tổng thể là tỏa nhiệt ít.