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Tutorial MenueSubstitution und EliminierungLerneinheit 2 von 6

SN2 - Nucleophile Substitution zweiter Ordnung

Substrateffekte bei der SN2-Reaktion

Die Geschwindigkeit einer Reaktion wird oft durch räumliche Gestalt des Substrats beeinflusst. Wird bei der SN2-Reaktion das Reaktionszentrum mit der Abgangsgruppe immer stärker substituiert, so sind sehr große Unterschiede bei der Reaktionsgeschwindigkeit zu beachten. Die nur auf die räumliche Struktur zurückzuführenden Einflüsse werden als sterische Effekte bezeichnet.Außerdem beeinflussen Substituenten die Reaktionsgeschwindigkeit aber auch durch ihre unterschiedlich stark ausgeprägte Fähigkeit Ladungen zu stabilisieren. Diese Einflüsse werden als elektronische Effekte bezeichnet.

Abb.1
Relative Reaktionsgeschwindigkeit für den Halogenaustausch
Tab.1
AlkylhalogenidStrukturKlasseRelative Reaktionsgeschwindigkeit
Methylbromid CH3Br unsubstituiert163
Ethylbromid CH3CH2Br primär1
Isopropylbromid (CH3)2CHBr sekundär0,00074
tert-Butylbromid (CH3)3CBr tertiärnicht messbar

Die Ursache für diesen starken Abfall der Reaktionsgeschwindigkeit bei der SN2-Reaktion ist die immer stärker werdende sterische Hinderung um das Reaktionszentrum. Das Nucleophil muss sich von der Rückseite dem halogentragenden Kohlenstoff annähern. Diese Annäherung des Nucleophils wird durch die weiteren Alkyl-Gruppen immer mehr erschwert und damit wird eine Reaktion immer unwahrscheinlicher. Durch die Aktivierung der Spacefill-Darstellung in den Chimes ist die Auswirkung dieser Abschirmung des Reaktionszentrums leicht zu erkennen.

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Methylverbindungen sind wegen der kaum vorhandenen sterischen Hinderung der Wasserstoffatome besonders reaktiv. Primäre Substrate reagieren bei einer SN2-Reaktion deutlich schneller als höher substituierte Verbindungen. Beim tert-Butylbromid ist das Reaktionszentrum fast völlig abgeschirmt und deshalb läuft hier die Reaktion nur noch extrem langsam ab. Es gilt für SN2-Reaktionen also im Allgemeinen:

Abb.6
Räumliche Abschirmung des Reaktionszentrums

Bei sekundären und tertiären Verbindungen ist als Konkurrenzreaktion zur SN2-Reaktion eine SN1-Reaktion sowie auch eine Eliminierung zu erwarten. Der Einfluss der Substituenten auf die Reaktionsgeschwindigkeit ist bei diesen Reaktionstypen stärker durch die Stabilisierung der Ladung geprägt. Durch diese elektronischen Effekte ist in diesem Fall die Reaktionsgeschwindigkeit bei stärkerer Substitution des Reaktionszentrums häufig höher.

Übungen

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