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Tutorial MenueSubstitution und EliminierungLerneinheit 1 von 6

SN1 - Nucleophile Substitution erster Ordnung

Einleitung SN1-Reaktionen

Abb.1
Ladungsverteilung in Halogenalkanen

Halogen-Atome sind stärker elektronegativ als Kohlenstoff-Atome. Daraus folgt eine ungleiche Ladungsverteilung der C-X-Bindung mit einer größeren Beanspruchung des Bindungselektronenpaars durch das Halogen-Atom. Das Kohlenstoff-Atom ist daher positiv (δ+) und das Halogen-Atom negativ (δ-) polarisiert.

Die Polarität der Kohlenstoff-Halogen-Bindung ermöglicht zwei grundsätzliche Reaktionsmöglichkeiten dieser Stoffgruppe: Substitutionsreaktionen und Eliminierungsreaktionen. Aus kinetischer Sicht kann für beide Reaktionen eine Einteilung in zwei Kategorien vorgenommen werden:

  1. Reaktionen mit einer Kinetik zweiter Ordnung. Typischerweise reagieren primäre und sekundäre Halogenalkane so.
  2. Reaktionen mit einer Kinetik erster Ordnung. Tertiäre Halogenalkane reagieren beispielsweise danach.

In beiden Fällen reagiert ein Substrat (als Elektrophil) mit einem Nucleophil, deshalb wird diese chemische Reaktion als nucleophile Substitutionsreaktion (SN) bezeichnet. Der Reaktionsverlauf ist für beide SN-Mechanismen recht unterschiedlich:

1. Ein Nucleophil greift ein positiv polarisiertes Kohlenstoff-Atom an. Der Angriff des Nucleophils bewirkt eine heterolytische Spaltung der Kohlenstoff-Ligand-Bindung, bei der der Ligand (X) das Bindungselektronenpaar erhält. Am geschwindigkeitsbestimmenden Reaktionsschritt sind beide Reaktionspartner beteiligt, das Nucleophil und das Substrat. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist sowohl von der Konzentration des Substrats als auch von der Konzentration des Nucleophils abhängig. Deshalb wird dieser Reaktionstyp als bimolekulare nucleophile Substitution, SN2, bezeichnet.

Abb.2
Die SN2-Reaktion

2. Die Kohlenstoff-Ligand-Bindung wird ohne Einfluss des Nucleophils heterolytisch gespalten, es bildet sich durch Abgabe der Abgangsgruppe ein Carbokation (a), das anschließend mit dem Nucleophil reagiert und das Substitutionsprodukt bildet (b). Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist die spontane Spaltung der Kohlenstoff-Ligand-Bindung.

Definition
An diesem Schritt ist nur das Substrat beteiligt, die Reaktionsgeschwindigkeit ist lediglich von der Konzentration des Halogenalkans abhängig. Deshalb ist dies eine unimolekulare Substitutionsreaktion, SN1 .
Abb.3
Die SN1-Reaktion

Welcher Mechanismus bevorzugt ist, wird von vier Faktoren bestimmt bzw. kann über diese gesteuert werden:

  • Die Struktur des Substrats.
  • Die Reaktivität und Struktur des Nucleophils.
  • Die Natur der Abgangsgruppe.
  • Das verwendete Lösungsmittel.

Übungen

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