Organická chemie 9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace
1.1 Íf>3Í	
	Doc. Ing. Pavel Bobál) CSc. Ústav chemických léčiv, Farmaceutická fakulta VFU, Palackého 1/3, 64212 Brno
Halogenalkany - úvod
halogenalkany = alkylhalogenidy
H       Cl        F  Br h
)=<
Cl Cl
-H
CI-
CI
F Cl H
H—|—Br H
Epipedobates tricolor
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Názvosloví halogenalkanů
. vyhledáme nejdelší uhlíkatý řetězec, který vytvoří kmen názvu, jsou-li přítomny dvojná a trojná vazba, musí v něm být zahrnuty,
. číslování uhlíkatého řetězce začneme od koncového uhlíku, který je nejblíže substituentu, nehledě na to, je-li substituentem alkyl nebo halogen, více halogenů stejného druhu, očíslujeme každý z nich a použijeme násobících prefixů di-,tri-, tetra-, atd.,
halogeny různého druhu, očíslujeme každý podle jeho polohy na uhlíkatém řetězci - při psaní názvu seřadíme všechny substituenty v abecedním pořadí
Br
5-brom-2,4-dimethylheptan
Cl
2,3-d ich lor-4-methyl hexan
2-brom-4,5-dimethylheptan
?l
1 -brom-3-chlor-4-methyl pentan
I. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Názvosloví halogenalkanů
3. pokud je možné očíslovat správně uhlíkatý řetězec tvořící kmen názvu z obou konců - začínáme číslovat na uhlíku toho konce, který je nejblíže substituentu podle abecedy
2-brom-5-methylhexan
Triviální názvy
jodmethan methyljodid
2-chlorpropan isopropylchlorid
O'
bromcyklohexan cyklohexylbromid
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Struktura halogenalkanů
- vazba uhlík-halogen v halogenalkanech se tvoří přeryvem sp3-hybridního orbitalu uhlíku s orbitalem halogenu,
- uhlíkový atom má přibližně tetrahedrální geometrii s valenčním úhlem H-C-X, který je blízký 109°,
- s rostoucím atomovým číslem zvětšují halogeny svůj objem - změna v délce i v energii vazeb uhlík-halogen,
- s rostoucí délkou vazeb C-X se snižuje pevnost vazeb
Halogenmethan	Délka vazby (pm)	Energie vazby (kJ.mol-1)	Dipólový moment (D)
CHjF	139	452	1,85
CHjCI	178	351	1,87
CHjBr	193	293	1,81
CHjl	214	234	1,62
Příprava halogenalkanů
Radikálová halogenace alkanů
Iniciace            C).. hv :ci"Ci: -
"O
Propagace
Terminace
:cí- + H"CH3 ■
:ci- -ci: + -CH3
:ci« + «ci: ■ :ci- + -ch3
H3C«   + »CH3
2 :ci«
H—ci: + »CH3
:c*i"CH3 + :ci-
:ci« «ci: :cÍ--ch3
H3C««CH3
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Radikálová halogenace alkanů
Chlorace methanu
V     ci2 f
H-C-H -
h I
H-C-CI I
h
h
H-C-CI Cl
|ci2
-HCl
h
Cl—C-CI Cl Cl2
Cl
I
Cl—C-CI
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni W^^Z substituce a eliminace Organická chemie
Radikálová halogenace alkanů
Chlorace vyšších alkanů
ci2
-HCI
dichlor-trichlor-tetrachlor-
Cl 7
H	H	R	H	H	R
R-C-H	R-C-H	R-C-H	R-C-	R-C-	R-C-
H	R	R	H	R	R
primárni <	sekundárni	< terciami	primárni <	sekundárni	< terciární
1,0	3.5	5,0	420 kJ.mof1	401 kJ.mof1	390 kJ.mol
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Bromace alkenů v allylové poloze
Allylová poloha - na uhlíku vedle dvojné vazby o
allylové polohy
P   N—Br
^H  H I__/ H  Br o
(NBS)
cyklohexen  A/-bromsukcinimid  3-bromcyklohexen sukcinimid
H  H I" H "I H Br
f^j] + SBr. —»- (^j) + HBr + i
H H allylový radikál
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Bromace alkenů v allylové poloze
Hodnoty energií vazeb
361 kJ.moľ1
401 kJ.mol
r
444 kJ.moľ1
| H H H R |
^c*c-      H-C-       R-C- R-C- R-C- vc*C^c-
I H H R R|/\
vinylový < methylový < primární < sekundární < terciární < allylový
méně stabilní   I stabilnější
I. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Stabilita allylového radikálu: opět rezonance
- tříatomové seskupení s násobnou vazbou má dvě rezonanční struktury
- (*) - p-orbital obsahuje 0, 1 nebo 2 elektrony
H H
H H
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni IP^^ substituce a eliminace Organická chemie
Stabilita allylového radikálu: opět rezonance
3-bromokt-1-en (17 %)
1-bromokt-2-en (83 %) 53:47 trans/cis
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Příprava halogenalkanů z alkoholů
Základní a obecná metoda
r-oh +    hx -► r-x + h,0
h h
h-C-oh r-C-oh
i i
h h
r-C-oh r-C-oh i i r r
methyl   <   primární  < sekundární < terciární
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Příprava halogenalkanů z alkoholů
H3C. OH H3C. .Cl
HCI (g)
Ó
(^)      + H20
+    SO, + HCI
PBr3
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni IP^^ substituce a eliminace Organická chemie
Reakce halogenalkanů: Grignardova činidla
Organovovové sloučeniny-Grignardova činidla
R-X
Mg
ether
R-Mg-X
X = Cl, Br, i      R = alkyl primární, sekundární, terciární alkenyl a ryl
■ atom uhlíka - nukleofilni a bazický charakter
H'4 h
Mg
ether
5+
Mgl
5"JL
h i h
h
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni IP^^ substituce a eliminace Organická chemie
Oxidace a redukce v organické chemii
Oxidace - v organické chemii - dochází k poklesu elektronové hustoty na atomu uhliku -tvorba vazeb s elektronegativnějším atomem (O, N, Cl, ...) - zánik vazeb s elektropozitivnějším atomem (H),
Redukce - v organické chemii - dochází k nárůstu elektronové hustoty na atomu uhliku - zánik vazeb s elektronegativnějším atomem (O, N, Cl, ...) - tvorba vazeb s elektropozitivnějším atomem (H)
CH,CH,
H2C=CH2 CHjOH CHjCI CHjNH2
HC = CH H2C=0 CH2CI2 H2C=NH
HCOOH CHCIj HC = N
co2
CCI4
nízký oxidační stupeň
vysoký oxidační stupeň
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilni substituce - sterický průběh
Substituce y       ^ I ("V
Nut"  +   —C-X
I
—c-nu + x:" I
Eliminace |\|uj"
\ /
y;=c^ + Nu—h + x:
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilni substituce - sterický průběh
Paul Walden (1896) - (+)- a (-)-jablečné kyseliny - proměna vlivem sérii jednoduchých reakcí
u un ho^Y°h -
o
(-)-jablečná kyselina Md=-2,3°
t
Ag20, h20 o Cl
hoA^o" . o
(-)-chlorjantarová kyselina
PCI5
(+)-chlorjantarová kyselina
Ag20, h20
PCI5
U UM
(+)-jablečná kyselina [a]D = + 2,3°
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni IP^? substituce a eliminace Organická chemie
R-X  + Nu:
Nukleofilni substituce - sterický průběh
R-Nu   + X:"  Ts =
CH3COO" b b"
-f.
TsCI
^^T^K pyridi",
II    h  o-h       -hci '
ch3coo"
JJ    h  o-Ts    . -qts*     ^ JI oh
[cx]D = + 33° [a]D = + 31°
h20, "oh
Wd = - T
h20, oh
o-
o h Ts
[a]D = -31°
TsCI pyridin
- hci
o h
H
Md = " 33°
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Kinetika nukleofilní substituce
Kinetika - reakční rychlost v
v = k [ch3b1-] [oh]
ho:" + h3C-Br:
Reakce druhého řádu
H0-CH3 + :x:"
r-X   + Nu:"
r-nu + x:
v = k[R ] [Nu]
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilní substituce - SN2
■ reakce probíhá vždy s inverzí konfigurace na stereogenním atomu uhlíku, - reakce vykazuje kinetiku druhého řádu a řídí se následujícím vstahem:
v = k[RX] [Nu]
■ mechanismus vysvětlil E. D. Hughes & C. Ingold (1937) - SN2
■ substituce nukleofilní, bimolekulární
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilní substituce - SN2
m ry
: • Na+   + 7Íb-Br
8- í 8-H-C=C--C--Br + Na+
H H
H
H-CEC-C..    + NaBr
•hh
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilní substituce - SN2
H3c- 4 <s>
CH2CH3
H
5- | 5-HO---c---Br
/V
H3C CH2CH3
Waldenův obrat
H
,"- + HO-c.
!?.r: + Vch,
CH2CH3
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní IP^^ substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilní substituce - S„2
IrM'ji.-.lr uki;
rov i n n ó
li*
l ■ h aedj li l.i
Nu;- + ..^p-x
/v
nu-c. + :Br;
v-
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní I substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Substrát - sterické vlivy
k SN2 reakcím může docházet jen na stericky relativně nebráněných atomem
R-Br   + Cl"
R-CI   + Br"
V-.113 v-. 113 V-.113 n n
H3C—|—Br H3C—|—CH2—Br H3C—|—Br H3C—|—Br H—|—B
relativní < -j reaktivita
mene reaktivní
neopentyl sekundární primární
1 500 40 000
SN2 stabilita
methyl 2 000 000
reaktivnější
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Substrát - sterické vlivy
methyl-
.C—Br h3C/
primární-
2^     "í* ,>3Pf
sekundární-
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Substrát - sterické vlivy
J
Q x/
V  ^ reakce
neprobíhá vinylhalogenid
Nu*
reakce neprobíhá
arylhalogenid
Unhindered substrate
reakční koordináta
- stericky bráněný substrát
- stericky nebráněný substrát
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní IP^^ substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Nukleofil
Mul
R—y
R-Nu   +  y; Nu;
tiur + CH3Br
R-y ■
R—Nu* + y{~
Nucltjophily
CHjNu + f Product
IllTillllil	Nanta	Fermtile	Name	at reaction
HjO	Water		Methylhydronium ion	1
CH3COr	Acetate	CH3CO;CH3	Methyl acetate	snn
NH3	Ammonia	CHjNH,*	Methylammonium ion	700
cr	Chloride	CH3CI	chlnrnmcthane	1,000
HCT	Hydroxide	CH3OH	Methanol	10,000
CH,0-	Metlioxide	CH3OCH3	Dimethyl ether	25,000
Jf	Iodide	CHjI	lodoinethane	100 AD
-CN	Cyanide	CH3CN	Acctonitrtlc	125,000
HS~	Hydrosulride	CH3SH	Metiianethiol	125,000
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Nukleofil
Nukleofilita - míra afinity nukleofilu vůči atomu uhlíku při SN2 reakci
Nu:   + H3C-Br
H3C—Nu   + Brj"
Nu=   H20     CH3COO      NH3      Cl        OH      CH30 I CN HS
relativní        1 500        700     1 000   16 000     25 000   100 000   125 000    125 000
reaktivita
mene reaktivní
reaktivita nukleofilu
reaktivnější
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Nukleofil
- nukleofilita přibližně koreluje s bazicitou ("OH bazičtější než CH3COO-),
- nukleofilita zpravidla roste s rostoucím atomovým číslem v daném sloupci periodické tabulky (_SH nukleofilnější než -OH, ľ>Br>Cr),
- Nu se záporným nábojem jsou obvykle reaktivnější než nukleofily neutrální Korelace bazicity a nukleofility
nukleofil CHsO-      HO"    CH3COO- H20
rychlost SN2 reakce s CHjBr 25 16 0,5 0,001
pKa konjugované kyseliny 15,5       15,7        4,7 -1,7
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Nukleofil
reakční koordináta
- slabý nukleofil
- silný nukleofil
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Odstupující skupina (nukleofug)
relativní reaktivita
"OH, "NH2 "OR *-v--'
« 1
Cl Br I
TsO
1        200    10 000   30 000    60 000
mene reaktivní
reaktivita odstupující skupiny
5- | 8-Nu—-C---Y
přechodový stav
reaktivnější
>Y\- + Nu-/
v
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Odstupující skupina (nukleofug)
V!
R-F       R-OH      R-OR' R-NH2
Y
nereagují při SN2 reakcích
reakční koordináta
- špatně odstupující skupina
- dobře odstupující slupina
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Rozpouštědlo
Rozpouštědla
-f
?
N-CH;
H3C DMF
■ nepolární (alkany, chlorované uhlovodíky, ...)
■ polární - protická (voda, alkoholy, ...) - solvatace anionů - H vazby
- aprotická (DMSO, DMF, CH3CN, HMPA, ...)-solvatace kationů kovů
OR
H3C-C=N |!|
H 3 H 3
H3CX N N-P=0
H3C
H3C CH3
H
OR
solvatovaný anion (snížená nukleofilita způsobená zvýšenou stabilitou základního stavu
I. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní W^^Z substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN2: Rozpouštědlo
rozpouštědlo CH3OH H20 DMSO DMF CH3CN HMPft H'uL^I!!. 1 ^      1 300   2 800    5 000    200 000
PoFar aprotic solvenl
reakční koordináta - polární protická rozpouštědla     - polární aprotická rozpouštědla
I. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilni substituce - SN2: Souhrn	
Substrát:	sterická zábrana zvyšuje energii přechodového stavu - zvyšuje AG* a snižuje reakční rychlost,
Nukleofil:	reaktivní nukleofily jsou méně stabilní a mají vyšší energii základního stavu - snižují AG* a zvyšuje reakční rychlost,
Odstupující skupina:	dobře odstupující skupiny (stabilnější anionty) snižují energii přechodového stavu - snižují AG* a zvyšují reakční rychlost,
Rozpouštědlo:	- protická rozpouštědla solvatují nukleofil, snižují energii základního stavu - zvyšují AG* a snižuje reakční rychlost, - polární aprotická rozpouštědla nesolvatují nukleofil (solvatují katión), zvyšují energii základního stavu - snižují AG* a zvyšuje reakční rychlost
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni wf^^ substituce a eliminace Organická chemie         lb£uá^^^^S5r2£if         * '           . *  > °	
Význačné rysy nukleofilni substituce - SN2: Souhrn
Substrát:
Nukleofil:
Unhindered substrate — -
reakční koordináta
Poor nucleophile
reakční koordináta
- stericky bráněný substrát
- stericky nebráněný substrát
- slabý nukleofil
- silný nukleofil
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilni substituce - SN2: Souhrn
Odstupující skupina:
reakční koordináta
- špatně odstupující skupina
- dobře odstupující slupina
Rozpouštědlo:
reakční koordináta
- polární protická rozpouštědla
- polární aprotická rozpouštědla
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilni substituce - SN1
- alternativní mechanismus substituce
R-Br  + H20
R-OH   + HBr
CH3
H—|—Br H3C—|—Br H3C—|—Br H3C—|—I
relativní < reaktivita
H 12
CH3
Br CH3
1 200 000
reaktivnější
I. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilni substituce - S„í:
Kinetika
R-X    + H,0
R-OH   + HX
-ve vztahu pro reakční rychlost jenom koncentrace substrátu ne nulkeofilu: v = k [RX]
- rychlost určující krok,
- substituce nukleofilni, monomolekulární
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilni substituce - S„í:
Mechanismus SN1:
CH3 H3C-C-Br
CH,
Kinetika
rychlost určující krok
CH3
H3C-C+-*- +
CH,
rychlý krok
.•vH
CH3 H3C-C-OH CH3
+ H,0+
CH3 H 1 +''.
H3c-c-q!
CH;
te
ÍS-H
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilni substituce -SN1: Kinetika
reakční koordináta
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilni substituce -SN1: Sterický průběh
- karbokation - planární a achirální - racemizace
chirální substrát Jdisociace
50 % inverze planární, achirální 50 % retence
konfigurace intermediární karbokation konfigurace
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Nukleofilni substituce - SN1: Sterický průběh
- racemizace (ne vždy úplná) - existence iontových párů strana přístupná k ataku strana bráněná vůči ataku
chirální substrát
iontový pár
volný karbokation
racemizace
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilni substituce - SN1: Substrát
- čím stabilnější karbokation vzniká, tím má reakce SN1 vyšší rychlost,
- terciární alkyl-, allyl- a benzylové karbokationty - nejstabilnější,
H H
H      H H H
allylový karbokation
H^H
ô
II
benzylový karbokation - 4 rezonanční struktury
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilni substituce - SN1: Substrát
H H V ^     ph CH,
H H H      H H
CH3
C+ I
CH3
methyl < primární   < allylový
benzylový
mene stabilní
/
'Cl
stabilita karbokationtů
/
sekundární < terciami
stabilnější
338 kJ.moľ1      289 kJ.moľ1
O/1
293 kJ.moľ1
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilni substituce - SN1: Nukleofil
- nukleofil - nemá zásadní úlohu,
■ neutrální nukleofily jsou stejně účinné jako nukleofily nesoucí záporní atom,
■ reakce probíhají v neutrálním i kyselém prostředí
H3C-C-OH   + H-X 3     I ••
CH3
CH3
H3C-C-X   + H20 CH3
stejná rychlost pro (X = Cl, Br, I)
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni IP^^ substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN1: Nukleofil
CH;
Or
H-Br
H,C-C-OH I ••
CH,
CH3 H3C-C-Br CH,
CH3 H 1 +<. H3C-C; "
C\
rychlost určující krok
rýchly krok
CH;
H3C-C+ CH
:Br:
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní
substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN1: Odstupující skupina (nukleofug)
Obdobně jako u SN2:
H,0 < Cl" < Br" < ľ = TsO"
mene reaktivní
reaktivita odstupující skupiny
reaktivnější
- často v kyselém prostředí - může vznikat neutrální molekula (H20)
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN1: Rozpouštědlo
- rozpouštědla snižují nebo zvyšují energii přechodového stavu,
- solvatace - stabilizace karbokationtu - interakcí s molekulami rozpouštědla,
- solvatace souvisí s polaritou - relativní permitivita Er- míra schopnosti rozpouštědla působit jako izolátor elektrického náboje
Aprotická rozpouštědla      Relativní permitivita Er
H
hexan
benzen
diethylether
chloroform
HMPA
DMF
DMSO
Protická rozpouštědla
CH3COOH
ethanol
methanol
HCOOH
voda
1,9 2,3 4,3 4,8 30 38 48
6,2
24.3 33,6 58,0
80.4
I. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilní substituce - SN1: Rozpouštědlo
■ polární rozpouštědla urychlují reakce - stabilizují intermediární karbokation,
CH3
H3C-C-CI    + ROH I
CH3
CH3
H3C-C-OR    + HCI I
CH3
ethanol   40 %voda/60 %ethanol   80 %voda/20 %ethanol voda
relativní reaktivita
100
14 000
100 000
mene reaktivní
reaktivita v závislosti na rozpouštědle
reaktivnější
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní IP^^ substituce a eliminace Organická chemie
Význačné rysy nukleofilni substituce - SN1: Souhrn	
Substrát:	čím stabilnější karbokation vzniká, tím má reakce vyšší rychlost - terciární alkyl-, allyl- a benzylhalogenidy,
Nukleofil:	neovlivňuje rychlost reakce, nesmí být bazický, aby nedocházelo ke konkurenční eliminaci HX - dobře reagují neutrální nukleofily,
Odstupující skupina:	dobře odstupující skupiny (stabilnější anionty) zvyšují reakční rychlost - snižují potenciální energii přechodového stavu na cestě k tvorbě kationtu,
Rozpouštědlo:	polární rozpouštědla urychlují reakce - stabilizují intermediární karbokation
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni     I ^^í^ substituce a eliminace Organická chemie         ^^^^^^^^^^^SňJ          » '           t *	
Eliminační reakce halogenalkanů - Zajcevovo pravidlo
Substituce H
.-C C * Br
+ "OH
H OH \ /
+ Br"
Eliminace
\  ř. .
..jC-c; +
Br
\ _ /
C—C + H20 + Br / \
Eliminační reakce - složitější než substituční - regioselektivita - směsi alkenů
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce halogenalkanů - Zajcevovo pravidlo
- eliminační reakce - Zajcevovo pravidlo (1875) - vzniká alken s větším počtem alkylových substituentů na atomech uhlíku dvojné vazby,
- při eliminaci HX z halogenalkanů převládá v produktech více substituovaný alken
CH3CH20"Na+ CH3CH2OH
Br
81 %
19%
CH3CH20"Na+
CH3CH2OH
70%
30%
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce - E2
■ různé mechanismy - E1 a E2,
■ E2 reakce - eliminace bimolekulární,
b:
b--
S+
V
R
■ bez tvorby meziproduktu,
■ rychlost reakce:
l"c=c-'
+ B-H + :x"
v = k [RX] [báze]
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni IP^^ substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce - E2- sterický průběh
- rovinné uspořádání všech čtyř reagujících atomů
- teoreticky: synperiplanární a antiperiplanární,
\______\
^cr x
H
\___•
X \
XH
antiperiplanární konformace
synperiplanární konformace
- sp3 orbitaly a-vazeb C-H a C-X výchozí látky se mají překrýt a vytvořit v produktu p-orbitaly a vazbu tt, musí k částečnému překryvu dojít již v přechodovém stavu
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce -E2- sterický průběh
■ antiperiplanární uspořádání,
HAPh
Br^r^Pn
Br
b:
Br Ph
KOH ethanol
Br Ph
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce a konformace cykiohexanu
Cl
báze
E2
báze     ^ reakce z této
►   konformace neprobíhá
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce a konformace cykiohexanu
frans-diaxiální
H Cl C'""' "'*
'CH(CH3)2
ne omenthyl chlorid
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní W^^Z substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce a konformace cyklohexanu I
menthylchlorid írans-diekvatoriální
frans-diaxiální
aini j
'překlopeni kruhu CH{CH3)2
It
překlopení kruhu CH(CH3)2
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce - deuteriový izotopový efekt
- vazba C-H je asi o 5 kJ.mol-1 slabší jako vazba C-D(2H),
- štěpení C-H je rychlejší než C-D,
- štěpení v rychlost určujícím kroku (7,11x rychlejší)
OH
V    \— C-CH2Br
rychlejší reakce
báze
0"ch=
CH,
CH2Br
báze
CD=CH2
pomalejší reakce
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce -El
■ E1 reakce - eliminace monomolekulárni,
■ eliminace začíná samovolným štěpením vazby C-X v halogenalkanů,
■ po disociaci - odštěpení H*,
■ většinou spolu s SN1 mechanismem,
■ slabě bazický nukleofil v protickém prostředí,
■ nejsou žádné nároky na geometrii,
■ podle Zajcevova pravidla
CH3 H3C-C-CI CH,
■ rychlost reakce:
H20 ethanol
65 °C
CH3
H3C-C-OH +
CH,
64%
H3C H \ _ / C=C / \
H3C H
36%
v = k [RX]
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni IP^^ substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce -El
CH3 H3C-Cj-j:i
rychlost určující krok
+CLC-H H3C H
rychle
H3C H \ _ /
H3C H
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilni substituce a eliminace Organická chemie
Eliminační reakce -El
CH(CH3)2 nu.      I menthylchlorid
"3 Cl
E2 reakce 1M Na* "OCH2CH3 | 100"C
CH(CH3)2
CH(CH3)2
Cl h E1 reakce
0,01 M Na*"OCH2CH3 160 "C
h   = h3c
CH3
2-menthen (100 %)
^J^CH(CH3)2 ♦ H3C^^^
2-menthen (32 %)
CH(CH3>2 1-menthen (68 %)
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
Souhrn reaktivity: SN1, SN2, E1,E2
Primární alkylhalogenidy
NaCN
(CH3)3COK
90 %
85 %
). Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní substituce a eliminace Organická chemie
	Souhrn reaktivity: SN1, SN2, E1, El			
Souhrn substitučních a eliminačních reakcí				
Typ alkylhalogenidu	S„1	SN2	E1	E2
RCH2X (primární)	neprobíhá	velmi preferovaná	neprobíhá	probíhá se silnými bázemi
R2CHX (sekundární)	může nastat u allyl- a benzyl-halogenidů	probíhá v konkurenci s E2 reakcí	může nastat u allyl- a benzyl-halogenidů	příznivá při aplikaci silných bází
R3CX (terciární)	příznivá v rozpouštědlech se skupinami OH	neprobíhá	probíhá v konkurenci s SN1 reakcí	preferovaná při použití bází
				
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní Hfl substituce a eliminace Organická chemie \t£				
Souhrn reaktivity: SN1, SN2, E1, E2	
Sekundární alkylhalogenidy q	
CH3COONa i /-~	
/ 100% Br /	0%
\ °^ \ CH3CH2ONa	
20%	80%
9. Halogenalkany a reakce halogenalkanů, nukleofilní ip^^ substituce a eliminace Organická chemie ^^É^^^^iClí	
20.3.2020
Souhrn reaktivity: SN1, SN2, E1,E2
Terciární alkylhalogenidy
18