Hoá hữu cơ

Thế SN1/SN2, tách E1/E2

So sánh thế và tách đồng thời với cơ chế từng bước, từ đó dự đoán tốc độ, lập thể và phân bố sản phẩm.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácTrực giác: các con đường cạnh tranh quanh nhóm rời

Nucleophile có thể thay nhóm rời gắn với carbon, còn base có thể lấy proton ở carbon lân cận khi nhóm rời tách ra. Cơ chất, thuốc thử, dung môi và nhiệt độ cùng quyết định con đường ưu thế.

So sánh các con đường khi thay đổi bậc cơ chất, độ mạnh nucleophile/base, dung môi và nhiệt độ.

Phổ thôngMức phổ thông: nhận ra sự biến đổi

Định nghĩa: Phản ứng thế nucleophile

Nucleophile thay thế nhóm rời liên kết với carbon electrophile.

Trong phản ứng tách, các nguyên tử bị loại khỏi hai carbon kề nhau và liên kết π carbon–carbon hình thành. Thế đổi nhóm gắn vào carbon; tách thường làm tăng độ bất bão hoà.

\ce{R-Br + OH^- -> R-OH + Br^-}

Đại họcĐại học: bốn kiểu cơ chế điển hình

Cơ chế	Định luật tốc độ	Hệ quả lập thể chính
SN2	k[RX][Nu⁻]	tấn công từ phía sau; đảo cấu hình
SN1	k[RX]	carbocation phẳng; thường racemic hoá một phần
E2	k[RX][base]	ưu tiên hình học anti-periplanar
E1	k[RX]	trung gian carbocation; có thể chuyển vị

\ce{CH3CH2Br + OH^- -> CH2=CH2 + H2O + Br^-}

Ví dụ

Bromua alkyl bậc hai phản ứng với base mạnh, cồng kềnh trong ethanol khi đun nóng. Cơ chế/xu hướng sản phẩm nào được ưu tiên?

Lời giải

Ưu tiên E2 vì thuốc thử là base mạnh và base cồng kềnh là nucleophile kém; tạo alkene, thường tăng tỷ lệ sản phẩm ít thế hơn (Hofmann) do cản trở không gian. Độ chọn lọc cụ thể phụ thuộc cơ chất và điều kiện.

Nâng caoNâng cao: cấu trúc, dung môi và tính chọn lọc

SN2 cần nucleophile tiếp cận từ phía sau vào orbital σ* C–nhóm rời và chậm lại khi carbon phản ứng bị thế nhiều. SN1/E1 cần ion hoá; dung môi phân cực proton thường ổn định ion, nhưng hoạt tính nucleophile và cặp ion cũng quan trọng. E2 đòi hỏi liên kết C–H và nhóm rời thẳng hàng; cấu dạng vòng có thể giới hạn proton β bị lấy.