Übungen zur Nucleophilen Substitution
 
I. Formuliere die Strukturformeln der folgenden Verbindungen in jeder Gruppe und ordne die Verbindungen nach ihrer Reaktivität bei SN2-Reaktionen:
  a) 2-Brom-2-methylbutan, 1-Brompentan, 2-Brompentan
  b) 1-Brom-3-methylbutan, 2-Brom-2-methylbutan, 2-Brom-3-methylbutan
  c) 1-Brombutan, 1-Brom-2,2-dimethylpropan, 1-Brom-2-methylbutan, 1-Brom-3-methylbutan.
II. Stelle eine Reaktivitätsreihe für die Verbindungen jeder Gruppe bei SN1-Reaktionen auf:
  a) 2-Brom-2-methylbutan, 1-Brompentan, 2-Brompentan
  b) 1-Brom-3-methylbutan, 2-Brom-2-methylbutan, 2-Brom-3-methylbutan
  c) 1-Brombutan, 1-Brom-2,2-dimethylpropan, 1-Brom-2-methylbutan, 1-Brom-3-methylbutan.
III. Nimm als Beispiel ein beliebiges Alkylhalogenid und NaOH in wässriger Lösung. Vergleiche beide Mechanismen, indem Du eine Tabelle mit einer Spalte für die SN1- und einer anderen für die SN2-Reaktion anfertigst, hinsichtlich folgender Kategorien:
  a) der Stereochemie
  b) der Reaktionsordnung
  c) der relativen Geschwindigkeit von CH3X, C2H5X, iso-C3H7X und tert.-C4H9X.
  d) der relativen Geschwindigkeit von R-Cl, R-Br und R-I.
  e) des Einflusses einer Verdoppelung der Konzentration von R-X auf die Reaktionsgeschwindigkeit
  f) des Einflusses einer Verdoppelung der Konzentration von OH- auf die Reaktionsgeschwindigkeit
  g) des Einflusses der Erhöhung des Wassergehaltes der Lösung auf die Reaktionsgeschwindigkeit

update: 10.11.15                                                                                                                                                                                         zurück        zur Hauptseite
 

Lösungen

 
I. Formuliere die Strukturformeln der folgenden Verbindungen in jeder Gruppe und ordne die Verbindungen nach ihrer Reaktivität
bei SN2-Reaktionen:
a) 2-Brom-2-methylbutan, 1-Brompentan, 2-Brompentan

                                 
Die Reaktivität nimmt für SN2-Reaktionen ab: zunehmende sterische Hinderung erschwert SN2.
Die Reaktivität nimmt für SN1-Reaktion zu: zunehmende Stabilisierung durch den +I-Effekt der Methylgruppen. Sterische Hinderung
und +-I-Effekt ergänzen sich und begünstigen SN1.

Unterschiede in der RG bei SN2-Reaktionen sind hauptsächlich auf sterische Faktoren und nicht auf elektronische Faktoren
zurückzuführen.

Je größer die Anzahl der Substituenten an dem Kohlenstoff ist, der das Halogen trägt, desto kleiner wird die Reaktivität gegenüber
einer SN2-Reaktion.

Unterschiede in der RG bei SN1-Reaktionen sind hauptsächlich auf elektronische Faktoren und nicht auf sterische Faktoren zurückzuführen.

 

b) 1-Brom-3-methylbutan, 2-Brom-2-methylbutan, 2-Brom-3-methylbutan

SN2-Reihenfolge:

                               Reaktivität für SN2 nimmt ab und  für SN1 zu
zunehmende sterische Hinderung erschwert SN2             zunehmender +I-Effekt begünstigt SN1

 

c) 1-Brombutan, 1-Brom-2,2-dimethylpropan, 1-Brom-2-methylbutan, 1-Brom-3-methylbutan.

abnehmende sterische Hinderung durch die Methyl-Gruppen begünstigt SN2;

abnehmende +I-Effekt erschwert SN1: der +I-Effekt ist aber nicht stark vorhanden: das Reaktionszentrum ist immer ein primäres C-Atom.

 

III. Nimm als Beispiel ein beliebiges Alkylhalogenid und NaOH in wässriger Lösung. Vergleiche beide Mechanismen, indem Du eine Tabelle mit einer Spalte für die SN1- und einer anderen für die SN2-Reaktion anfertigst, hinsichtlich folgender Kategorien:
a) der Stereochemie
b) der Reaktionsordnung
c) der relativen Geschwindigkeit von CH3X, C2H5X, iso-C3H7X und tert.-C4H9X.
d) der relativen Geschwindigkeit von R-Cl, R-Br und R-I.
e) des Einflusses einer Verdoppelung der Konzentration von R-X auf die Reaktionsgeschwindigkeit
f) des Einflusses einer Verdoppelung der Konzentration von OH--Ionen auf die Reaktionsgeschwindigkeit
g) des Einflusses der Erhöhung des Wassergehaltes der Lösung auf die Reaktionsgeschwindigkeit
Kriterien

SN1

SN2

Stereochemie

Inversion und Retention: Racemisierung

vollständige Inversion: Waldensche Umkehr

Reaktionsordnung

Reaktion 1. Ordnung

Reaktion 2. Ordnung

relative Geschwindigkeit von : Alkylstruktur

CH3X < C2H5X < iso-C3H7X < tert.-C4H9X.

CH3X > C2H5X > iso-C3H7X > tert.-C4H9X.

relative Geschwindigkeit: Abgangsgruppe

R-Cl < R-Br < R-I
Reaktivität ----> zunehmend

R-Cl < R-Br < R-I
Reaktivität ----> zunehmend

RG <–> Verdoppelung von c(RY)

Verdoppelung von c(R-X) 
verdoppelt die RG

Verdoppelung von c(R-X) 
verdoppelt die RG

RG <–> Verdoppelung von c(OH-)

Verdoppelung von c(OH-
spielt keine Rolle

Verdoppelung von c(OH-
verdoppelt die RG

RG <–> Erhöhung des Wassergehalts

Erhöhung des Wassergehalts
steigert die RG

Erhöhung des Wassergehalts beeinflusst nicht wesentlich die RG

Quelle: Morrison/Boyd: Lehrbuch der Organischen Chemie, Weinheim 1974, Kapitel 14

update: 10.11.15                                                                                                                                                                                  zurück        zur Hauptseite