Meacanachd Ath-bhualadh SN1 agus SN2
Tha ath-bheachdan ionadachaidh niùclasach nan seòrsa cumanta de ath-bhualadh ceimigeach ann an ceimigeachd organach. Tha iad a’ toirt a-steach ath-chur aon bhuidheann gnìomhach le fear eile taobh a-staigh an aon mholaciul. Is e an dà phrìomh dhòigh-obrach a tha a’ riaghladh ath-bheachdan ionadachaidh niùclasach SN1 (ath-bheachdan ionadachaidh niùclasach aon-mholacileach) agus SN2 (ath-bheachdan ionadachaidh niùclasach dà-mholacileach). Tha tuigse air na diofar dhòighean-obrach seo deatamach ann an sgrùdadh ceimigeachd organach, leis gu bheil feartan, cumhaichean agus toradh toraidh sònraichte aig gach dòigh-obrach.
Uidheam SN1
Tha SN1 a’ seasamh airson “Unimolecular Nucleophilic Substitution.” Tha an dòigh-obrach seo a’ toirt a-steach dà cheum, is iad sin cruthachadh carbocation mar a’ chiad cheum, agus an uairsin ionnsaigh niùclasach air a’ charbocation.
Ìre 1: Cruthachadh Carbocation
Is e a’ chiad cheum ann am meacanism SN1 dealachadh a’ bhuidheann fàgail bhon mhóileciuil phàrant gus carbocation a chruthachadh. Is e buidheann fàgail math fear a ghabhas a thoirt air falbh gu furasta, leithid halide (Cl^-, Br^-, I^-) no tosylate. Tha am pròiseas seo neo-mhóileciuil oir chan eil ann ach aon mhóileciuil anns a’ cheum a tha a’ dearbhadh an reata, is e sin an co-thàth phàrant fhèin.
\[
RL \rightarrow R^+ + L^-
\]
An seo, 's e RL am moileciuil phàrant, 's e R^+ an carbocation, agus 's e L^- a' bhuidheann fàgail.
Ceum 2: Ionnsaigh niùclasach
Anns an dàrna ceum, bidh an niùclasafìl a’ toirt ionnsaigh air a’ charbocation a chaidh a chruthachadh gus toradh ionadachaidh a thoirt gu buil.
\[
R^+ + Nuc^- \rightarrow R-Nuc
\]
Ann an ath-bheachdan SN1, tha soirbheachas an ath-bheachd an urra gu mòr ri seasmhachd a’ charbocation a chaidh a chruthachadh. Mar sin, bidh ath-bheachdan SN1 a’ tachairt nas trice le carbocationan treasach seasmhach na le carbocationan bun-sgoile no àrd-sgoile.
Feartan Ath-bhualadh SN1
1. Seasmhachd Carbocation: Mar as seasmhaiche a tha an carbocation, ’s ann as fhasa a thachras an ath-bhualadh SN1. Mar sin, tha SN1 nas cumanta aig carbonan treasach.
2. Stereocheimigeachd: Bidh ath-bheachdan SN1 gu tric a’ toirt a-mach measgachaidhean rèisimeach leis gu bheil an carbocation rèidh agus faodaidh an niùclasafìl ionnsaigh a thoirt bho gach taobh.
3. Fuasglaidhean: Bidh fuasglaidhean protaigeach pòlarach leithid uisge agus deoch làidir a’ toirt taic do ath-bheachdan SN1 air sgàth seasmhachd nan ianan a chaidh a chruthachadh.
Uidheam SN2
Tha SN2 a’ seasamh airson “Bimolecular Nucleophilic Substitution.” Anns a’ mheacanism seo, bidh an niùclasafìl a’ toirt ionnsaigh air a’ charbon a tha ceangailte ris a’ bhuidheann fàgail aig an aon àm ris a’ bhuidheann fàgail ga toirt air falbh.
Ionnsaigh niùclasach agus toirt air falbh buidheann fàgail
Bidh an ath-bhualadh SN2 a’ tachairt ann an aon cheum (dòigh-obrach cho-òrdanaichte), far am bi an niùclasafìl a’ toirt ionnsaigh air a’ charbon a tha ceangailte ris a’ bhuidheann fàgail bhon taobh chùil, agus am buidheann fàgail air a leigeil ma sgaoil.
\[
Nuc^- + RL \rightarrow R-Nuc + L^-
\]
Tha am pròiseas seo dà-mhóileciuil oir tha dà mhóileciuil an sàs anns a’ cheum a tha a’ dearbhadh an reat, is iad sin an niùclasafìl agus an todhar pàrant.
Feartan Ath-bhualadh SN2
1. Bacadh Steireach: Leis gum feum an niùclas-fìle ionnsaigh a thoirt bhon chùl, bidh ath-bheachdan SN2 a’ tachairt nas fhasa aig prìomh charbonan agus àrd-charbonan. Mar as trice bidh cus bacadh air charbonan treas-ìre airson ionnsaigh a thoirt orra san dòigh seo.
2. Stereocheimigeachd: Bidh an ath-bhualadh SN2 a’ gineadh tionndadh rèiteachaidh (tionndadh Walden) aig an ionad steireogenach, agus mar sin bidh todhar gnìomhach gu optaigeach a bhios a’ faighinn ath-bhualadh SN2 a’ gineadh thoraidhean leis an rèiteachadh mu choinneamh.
3. Dìonadairean agus Fuasglaidhean: Tha fuasglaidhean aprotic pòlar leithid acetonitrile, dimethyl sulfoxide (DMSO), no acetone a’ fàbharachadh a’ phròiseas SN2 leis nach eil iad a’ daingneachadh an niùclasaich cus le fuasgladh.
Coimeas eadar SN1 agus SN2
Nuair a thaghas tu eadar uidheaman SN1 agus SN2, feumar grunn nithean a thoirt fa-near:
1. Structar an t-substrate:
– SN1: As fheàrr airson todhar le carbocationan seasmhach (treas ìre > àrd-sgoil > prìomh ìre).
– SN2: As fheàrr airson todhar le glè bheag de bhacadh steireach (prìomh > àrd-sgoile > treas-ìre).
2. Niùclas-fhìle:
– SN1: Nas lugha an urra ri neart an niùclasaich, leis nach eil an ceum a tha a’ dearbhadh an reat a’ toirt a-steach an niùclasaich.
– SN2: Feumaidh e niùclasafìl làidir oir is e ionnsaigh niùclasafìl an ceum a tha a’ dearbhadh an reata.
3. A’ fàgail a’ Bhuidhne:
– Feumaidh an dà dhòigh-obrach buidheann fàgail mhath as urrainn am buidheann phàrant fhàgail gu furasta.
4. Fuasglaiche:
– SN1: Fuasglaiche protaigeach pòlar a bhios a’ daingneachadh ianan.
– SN2: Fuasglaiche pòlar aprotach a bhios a’ daingneachadh ianan ach nach eil a’ daingneachadh niucleophilean.
5. Stereo-cheimigeachd:
– SN1: Measgachadh rèisimeach oir faodaidh an niùclasafìl ionnsaigh a thoirt bho gach taobh den charbocation.
– SN2: In-thionndadh rèiteachaidh air sgàth ionnsaigh niùclasaich-fhìleagach bhon taobh mu choinneamh a’ bhuidheann fàgail.
Eisimpleirean de Ath-bheachdan SN1 agus SN2
Eisimpleirean de Ath-bheachdan SN1
Ath-bhualadh dì-uisgeachaidh halide alcail Tert-Butyl le uisge:
\[
\text{(CH}_3\text{)}_3\text{C-Br} + H_2O \rightarrow \text{(CH}_3\text{)}_3\text{C-OH} + HBr
\]
Anns an ath-bhualadh seo, bidh bromaid tert-butyl a’ cruthachadh carbocation tert-butyl às dèidh dealachadh a’ bhuidheann bromaid, agus an uair sin ionnsaigh niucleophilic le uisge.
Eisimpleirean de Ath-bheachdan SN2
Ath-bhualadh methyl bromide le ianan hydroxide:
\[
\text{CH}_3\text{Br} + OH^- \rightarrow \text{CH}_3\text{OH} + Br^-
\]
An seo, bidh an ian haidreocsaid a’ toirt ionnsaigh air cùl a’ mheitiil charboin a tha ceangailte ris a’ bhuidheann bromide aig an aon àm ri leigeil ma sgaoil a’ bhuidheann bromide, a’ toirt a-mach methanol.
Co-dhùnadh
Tha ath-bheachdan SN1 agus SN2 nan dà phrìomh dhòigh-obrach airson ath-bheachdan ionadachaidh niùclasaich, le eadar-dhealachaidhean bunaiteach anns an dòigh gnìomh aca. Feumaidh SN1 cruthachadh carbocation agus mar as trice bidh e a’ tachairt le fo-stratan nas motha agus nas geugach, agus bidh SN2 a’ dol air adhart ann an aon cheum far a bheil an niùclasaich a’ toirt ionnsaigh dhìreach air a’ cheangal gualain a tha ceangailte ris a’ bhuidheann fàgail, a’ cur fàbhar air fo-stratan beaga agus nas lugha geugach. Tha tuigse mhionaideach air na cumhaichean a tha a’ fàbharachadh gach dòigh-obrach agus na toraidhean a thig às deatamach ann an co-chur ceimigeach organach.
