Ioniske reaksjonsmekanismer Kap 6/Solomon/Fryhle Hele kapitlet viktig i farmasien 12/8/2018.

Presentasjon om: "Ioniske reaksjonsmekanismer Kap 6/Solomon/Fryhle Hele kapitlet viktig i farmasien 12/8/2018."— Utskrift av presentasjonen:

1 Ioniske reaksjonsmekanismer Kap 6/Solomon/Fryhle Hele kapitlet viktig i farmasien
12/8/2018

2 Polarisering Se på strukturen under:
Hvis X er mer elektronegativt enn C er bindingen polarisert Polarisering er grunnlaget for at det skjer reaksjoner i organisk kjemi Elektronegative sentre har en tendens til å reagere med elektropositive sentre 12/8/2018

3 Organiske halider Atomradien på halidene øker nedover i det periodiske system (F < Cl < Br < I) Bindingslengden C-Halid øker også som en følge av den økte radien på halidet Det er 3 grunnleggende typer organiske halider med karbon: Vinylhalider og arylhalider er vanligvis mer stabile enn alkylhalider Vi skal konsentrere oss mest om alkyhalider her 12/8/2018

4 Nukleofile substitusjonsreaksjoner
Følgende er eksempel på en Nukleofil substitusjonsreaksjon Denne reaksjonen er svært viktig i legemiddelkjemien Hvordan skjer denne reaksjonen? Nukleofilen inn først, og så X ut, eller C-X bindingen spaltes først, og så reagerer C+ med Nu- ? Dette skal vi svare på i det følgende 12/8/2018

5 Nukleofiler og utgående grupper
Nukleofil kommer fra Nukleus = kjerne + philos (gresk) = elsker, altså Nukleofil: elsker kjernen Nukleofiler er enten et negativt jon, eller en nøytral gruppe med ledig elektronpar For eksempel kan både H2O og OH- være nukleofiler Utgående gruppe: Gode substrater for substitusjonsreaksjoner må ha en god utgående gruppe For å kunne fungere som utgående gruppe må den kunne forlate substratet som et stabilt, svakt basisk molekyl eller jon Halid-joner fyller vanligvis disse kriteriene Gode utgående grupper er ofte positivt ladet 12/8/2018

6 SN2 Kinetikk Eksperimenter viser at reaksjonshastigheten er avhengig både av CH3Cl og OH- hastighet = k [CH3Cl][OH-] , altså 2. ordens reaksjon totalt, og Bimolekylær (to species involvert) SN2 : Substitusjon, Nukleofil, bimolekylær 12/8/2018

7 SN2 Mekanisme 12/8/2018

8 SN2 Eksempel 12/8/2018

9 Metylklorid reagerer med hydroksyd-jon
12/8/2018

10 Teori overgangstilstander
Reaksjonen på forrige side har en negativ fri energi ΔG0 = - 100kJ /mol , eksergonisk reaksjon log Keq = - ΔG0/2.303 RT = 15.7, Keq = 5.0 X 1015 Ekstremt stor likevektskonstant Negativ ΔG0 : reaksjonen går nedoverbakke, eksergonisk Positiv ΔG0 : reaksjonen går oppoverbakke, endergonisk Men: hvis kovalente bindinger brytes, går reaksjonene først oppoverbakke Overgangstilstanden representerer den høyeste energitilstanden: energibarriere Energiforløpet kan sammenliknes med et fjellpass, det kan være høyere eller lavere på den andre siden av passet 12/8/2018

11 Teori overgangstilstander
12/8/2018

12 Teori overgangstilstander
12/8/2018

13 Stereokjemi SN2 Nukleofilen angriper nøyaktig på motsatte siden av den utgående gruppen Dette gir en forandring av konfigurasjonen rundt stereosenteret Dette kalles inversjon: SN2 reaksjonen gir motsatt konfigurasjon – hydroksylgruppen blir bundet nøyaktig på motsatt side av kloratomet Analogi: paraplyen vrenger seg i vinden SN2 gir alltid inversjon 12/8/2018

14 SN1 Kinetikk Eksperimenter viser at reaksjonshastigheten er avhengig bare av (CH3)3CCl men ikke OH- hastighet = k [(CH3)3CCl], altså 1. ordens reaksjon totalt, og monomolekylær (et species involvert) SN1 : Substitusjon, Nukleofil, monomolekylær 12/8/2018

15 Mekanisme SN1 Mekanisme 12/8/2018

16 SN1 Reaksjonen er en flertrinnsreaksjon
Reaksjonen har et hastighetsbestemmende trinn Raksjonen har to distinkte intermediater, karbokationet og det protonerte tertbutylalkoholen Karbokationet har en plan struktur Det sentrale karbonet har bare seks eletroner i ytterste skall og er sultent på et elektronpar 12/8/2018

17 Energidiagram SN1 Energidiagram for en flertrinnsreaksjon 12/8/2018

18 SN1 Stabilitet av karbokationer: 12/8/2018

19 Stereokjemi SN1 - rasemisering
SN1: en reaksjon som innebærer rasemisering: 12/8/2018

20 SN2 og SN1 SN2 og SN1 : hvilke faktorer virker inn på reaksjonen?
Strukturen på substratet (f.eks sterisk hindring, se Fig i Solomon) Konsentrasjonen og egenskapene til nukleofilen (bare SN1) Løsningsmiddelets egenskaper Egenskapene til utgående gruppe 12/8/2018

21 Egenskapene til utgående gruppe
Hvilke faktorer virker inn på utgående gruppe? De beste utgående gruppene blir stabile ioner eller nøytrale molekyler/atomer etter at de har gått ut Siden de fleste utgående gruppene er negative ioner, er faktorer som stabiliserer slike ioneladningeer gunstig (delokalisering) De blir dermed svake baser Eksempler: I- >> Br- > Cl- > F- 12/8/2018

22 SN2 versus SN1 Det er et konkurranseforhold mellom SN2 og SN1 (se tabell 6.6 i Solomon) Forgrening (sekundært/tertiært) favoriserer SN1 – hvorfor? Nukleofilen: svake Lewis baser (donerer elektronpar), for eksempel løsningsmiddelmolekyler (solvolyse) favoriserer SN1, sterke Lewis baser favoriserer SN2 Løsningsmiddelet : polare protiske (vann, alkoholer) favoriserer SN1 polare aprotiske (aceton, DMF, DMSO) favoriserer SN2 Utgående gruppe: For både SN2 og SN1: jo svakere base jo bedre utgående gruppe Eksempel: studer tabell 6.6 i Solomon/Fryhle 12/8/2018

23 SN2 versus SN1 Tabell 6.6 i Solomon/Fryhle 12/8/2018

24 Eliminasjonsreaksjoner
Eliminasjonsreaksjoner: en viktig måte å lage olefiner på er dehydro-halogenering Atomet med halogenet (utgående gruppe) kalles -karbonet Naboatomet som deltar i reaksjonen kalles -karbonet Slike reaksjoner kalles 1,2-eliminasjoner Reaksjonen krever vanligvis en sterk base for å plukke protonet på -karbonet 12/8/2018

25 E2-reaksjonen Eksempel: C2H5O- + CH3CHBrCH3 → CH2=CHCH3 + C2H5OH + Br-
Mekanisme: 12/8/2018

26 E1-reaksjonen Eksempel: (CH3) 3Cl + H2O → CH2=C(CH3) 2 + H3O+ + Cl-
Mekanisme: 12/8/2018

27 Eliminasjon eller substitusjon?
12/8/2018

28 Eliminasjon eller substitusjon?
Økende basestyrke Nukleofilen E2 E2 E2 E2 Økende forgrening Nukleofilen Langsom/ ingen reaksjon Langsom/ ingen reaksjon SN2 SN2 SN1 /E1 Økende forgrening Substratet 12/8/2018

29 Forsøk å løse denne oppgaven
Du er legemiddelkjemiker og forsker på Beta-blokkere. Du har Propranolol (Inderal), (A). Du ønsker å se hva slags biologiske egenskaper B og C har og andre derivater i videre reaksjoner. Hvordan kunne du tenke deg å lage B og C med det du har lært fra Kap. 6? 12/8/2018

30 Øv på disse oppgavene 6.1 6.2 6.13 – 6.14 6.16 – 6.18 6.29 6.32
12/8/2018