Halogeenialkaanien reaktiot Kemia 2: Substituutioreaktio Kemia 5, sisällysluettelo

Nukleofiilinen substituutio

SN1- ja SN2-mekanismi
rakennekaavoja
Jos värillisillä neliöillä merkityt ryhmät ovat erilaisia, lähtöaine A ja tuote B ovat optisesti aktiivisia.
rakennekaavoja
Jos lähtöaine on optisesti aktiivinen, tuotteeksi saadaan raseeminen seos.

Eliminaatio

Kemia 2: Eliminaatioreaktio Kemia 5, sisällysluettelo

Nukleofiilillä on vapaa elektronipari (nukleofiili on Lewis-emäs). Vapaan elektroniparinsa takia nukleofiili voi toimia myös BrØnsted-emäksenä B: ja irrottaa protonin halogeenialkaanista. Protoni lähtee halogeenin sitoutuneen hiiliatomin viereisestä hiiliatomista. Tuloksena syntyy alkeeni.

rakennekaavoja
Vaiheessa 1 nukleofiili (esim. OH) liittyy H-atomiin, joka irtoaa protonina.
Vaiheessa 2 H–C-sidos katkeaa siten, että elektronipari siirtyy C-atomien välille.
Vaiheessa 3 C–X-sidos katkeaa ja elektronipari siirtyy halogeenille X, josta tulee halogenidi-ioni X.

Substituutio vai eliminaatio?

Esimerkki reaktioita

Tehtäviä

Nukleofiilisiä substituutioreaktioita

Nukleofiilisellä substituutioreaktiolla tuodaan kätevästi erilaisia funktionaalisia ryhmiä molekyyliin. Lähtöaineiksi sopivia yhdisteitä ovat primaariset ja sekundaariset halogeenialkaanit. Tertiaarisille halogeenialkaaneille tapahtuu eliminaatioreaktio. Lähtevänä ryhmänä on hyvin usein bromi (bromidi-ionina Br).
Lähtöaineena bromietaani:
reaktioita
Merkki kolmio tarkoittaa, että reaktioseosta keitetään palautus- jäähdyttimellä varustetussa kolvissa. Kuva
Reaktio B tunnetaan nimellä Williamsonin eetterisynteesi*.
1. Onko etyyliryhmä primaarinen, sekundaarinen vai tertiaarinen? Vastaus
1
2. Miten reaktio C poikkeaa reaktioista A ja B? Vastaus
2
3. Minkä mekanismin mukaan arvelet reaktioiden tapahtuvan? Perustele! Vastaus
3
4. Piirrä 2-bromi-2-metyylipropaanin ja veden välisen reaktion mekanismi. Mitä molekyylejä ja ioneja reaktioseoksessa on? Vastaus
4
5. Etyylibromidi reagoi ammoniakkikaasun kanssa. Tuotteena saadaan etyyliammoniumbromidia. Kirjoita reaktioyhtälö ja piirrä mekanismi. Reaktio tapahtuu kuumennettaessa reaktioseosta suljetussa säiliössä. Vastaus
5

Eliminaatioreaktioita

Eliminaatioreaktiolla saadaan molekyylirunkoon kaksoissidos. Kaksoissidokseen voidaan sitten liittää sopivia ryhmiä additioreaktiolla. Eliminaatio voi myös olla ongelma, kun substituoidaan kookkaita molekyylejä, joista syntyy useita eliminaatiosivutuotteita (kts. tehtävä 8).
6. Mikä yhdiste syntyy 1-bromipropaanista eliminaatioreaktiossa? Millaiset reaktio-olosuhteet tarvitaan? Mitä sivutuotteita voi syntyä? Vastaus
6
7. Bromisykloheksaani reagoi NaOH-liuoksessa hydroksidi-ionin kanssa. Mitä kahta tuotetta saadaan? Kumpaa tuotteista on enemmän? Perustele. Vastaus
7
8. Kun 3-kloori-3-metyyliheksaania kuumennetaan metanoliliuoksessa, lohkeaa HCl ja saadaan 6 eri tuotetta. Piirrä kaikkien yhdisteiden rakennekaavat. Vastaus
8

* Synteesi on nimetty englantilaisen kemistin Alexander W. Willamsonin (1824 – 1904) mukaan.