FARMACEUTSKO ZDRAVSTVENI FAKULTET
TRAVNIK
NUKLEOFILNE SUPSTITUCIJE NA
ZASIĆENOM UGLJIKU
Predavanja broj 9
27.04.2011.
doc.dr.sci.Asim Ibrahimagić
REAKCIJSKI MEHANIZAM
A Reaktivnost na zasićenom ugljikovu atomu



U ovom ćemo poglavlju vidjeti da se na zasićenom
ugljiku zaista događa nukleofilna supstitucija.
Polarna karbonilna skupina pruža vrlo jasnu osnovu za
upoznavanje nukleofilne reaktivnosti. Ugljik karbonilne
skupine ne samo što je pozitivno polariziran, nego je i
nezasićen pa lako prima elektronski par nukleofila.
Pri istraživanju različitih nukleofilnih supstitucijskih
reakcija, koje se odigravaju na zasićenom ugljiku,
postaje jasna jedna zajednička karakteristika supstrata:
ugljikov atom je gotovo uvijek vezan s
heteroatomom, atomom koji nije ni ugljik ni vodik.
Nadalje, heteroatom je obično elektronegativniji od
ugljika i on je izlazna skupina (L) u supstitucijskoj
reakciji.
2

Razlike u elektronegativnosti između ugljika i
heteroatoma izlazne skupine osnova je za
razumijevanje zašto nukleofil reagira sa zasićenim
ugljikom. Veza ugljika i izlazne skupine je polarna, a
ugljik ima djelomično pozitivan karakter. Zasićeni
ugljikov atom je elektrofilan i prema tome prijemljiv
prema nukleofilu.
3
B Mogući putevi
 Adicija nukleofila na karbonilnu skupinu daje
međuprodukt kojega stabinost ovisi o drugim
skupinama vezanim na ugljikov atom karbonilne
skupine.
 Možemo pretpostaviti da je adicija također prvi
stupanj kod nukleofilne supstitucije na zasićenom
ugljikovu atomu, ali moramo odmah zaključiti da
početna adicija nukleofila na zasićeni ugljik nije
vjerovatna. Naime pretpostavljeni međuprodukt imao
bi ugljikov atom sa pet veza i takav bi međuprodukt
bio energetski vrlo nepovoljan.
4

Druga je mogućnost da se jedna skupina sa supstrata
(izlazna skupina) otcjepi od ugljikova atoma sa svojim
veznim elektronskim parom. Nastaje karbokationski
međuprodukt na koji se u drugom stupnju veže
nukleofil. Prvi stupanj je heterolitička disocijacija.
Vjeruje se da je ovakav dvostepeni proces mehanizam
mnogih nukleofilnih supstitucijskih reakcija.
5

Drugi općenito prihvaćen mehanizam nukleofilne
supstitucije na zasićenom ugljikovu atomu predviđa
nastajanje nove veze s nukleofilom istodobno s
kidanjem veze izlazne skupine. Ovaj se mehanistički
put razlikuje od onog prije predloženog u tome što u
njemu nema međuprodukta. Nastajanje nove i kidanje
postojeće veze odvija se u jednom stupnju.
Konfiguracija nastajanja i kidanja veza predstavlja
prijelazno stanje visoke energije. Ovaj proces, u kojem
se kidanje i nastajanje veze događa gotovo istodobno,
primjer je usklađene reakcije.
6
C SN1-mehanizam
 Naveli smo hidrolizu 2-hlor-2-metilpropana (tertbutil-hlorida) kao primjer stupnjevite reakcije. U
reakciji brzo nastaje 2-metil-2-propanol (tert-butilalkohol), produkt supstitucije hlorida hidroksilnom
skupinom iz vode.
7

Brzina ove hidrolitičke reakcije pažljivo je proučena.
Kinetički eksperiment uključuje reakciju halogenalkana
s malom količinom vode u otapalu kao što je aceton.
Temperatura se pažljivo kontrolira. Napredovanje
reakcije prati se određivanjem količine HCl koji nastaje,
a time se izravno utvrđuje i količina utrošenog 2-hlor-2metilpropana. Ova vrsta eksperimenta pokazuje da
brzina reakcije ovisi samo o koncentraciji
halogenalkana. Samo supstrat (2-hlor-2-metilpropan),
a ne i nukleofil (voda), sudjeluje u stupnju koji
određuje brzinu reakcije i reakcija je prvog reda.
8

Mehanizam se označava kao SN1 : supstitucija,
nukleofilna,
monomolekulska.
Od
dvije
mehanistčke mogućnosti navedene u odjeljku SN1mehanizmu jedino odgovara slijed od dva stupnja,
disocijacija-adicija.
• Reakcije
koje se odvijaju SN1 -mehanizmom zovu se
SN1. Promjena energije koje se zbivaju za vrijeme
hidrolize 2-hlor-2-metilpropana i drugih SN1-reakcija
možemo prikazati dijagramom promjene energije
(energetskim profilom reakcije).
9
D SN2-mehanizam

Nasuprot razmatranoj reakciji 2-hlor-2-metilpropana,
hloretan ne reagira brzo s neutralnom vodom.
Međutim, ako se u reakcijsku smjesu doda natrijhidroksid, dolazi do hidrolize u kojoj nastaje etanol.
• U ovom primjeru brzina reakcije ovisi o
koncentracijama i halogenalkana i hidroksida.
Kinetike su drugog reda, prvog reda za svaki reaktant.
10

Za ovu reakciju predložen je jednostepeni usklađeni
mehanizam koji se označava sa SN2: supstitucija,
nukleofilna, bimolekulska.
• Reakcije
koje se odvijaju SN2 -mehanizmom zovu se
SN2 -reakcijama. U prijelaznom stanju SN2 -reakcije je
ugljikov atom, na kojem se supstitucija odvija,
potpuno vezan sa tri supstituenta, a djelimično vezan
s nukleofilom i izlaznom skupinom.
11
STEREOHEMIJA NUKLEOFILNE
SUPSTITUCIJE

Nukleofilna supstitucija na zasićenom ugljiku prva je
reakcija u kojoj jedan supstituent zamjenjuje drugi na
tetrakoordiniranom ugljikovu atomu. Stereohemijske
posljedice u vezi s kidanjem i nastajanjem veza na
asimetričnom ugljikovu atomu mogu kod reakcija SN1 i

SN2 biti sasvim različite. Zato se stereohemijski ishod
reakcije često upotrebljava za identifikaciju reakcijskog
mehanizma.
Uzima se optički aktivan spoj i zatim se utvrđuje koje su
se promjene konfiguracije dogodile prilikom reakcije.
Moguća su tri stereohemijska ishoda: retencija,
inverzija ili recemizacija.
12
Mogući stereohemijski putevi nukleofilne supstitucije
na zasićenom ugljiku
• Retencija konfiguracije nastupa kad nukleofil zauzme
isto mjesto gdje je u početku bila izlazna skupina.
• Inverzija konfiguracije nastupa kad nukleofil zauzme
mjesto na onoj strani asimetričnog ugljikova atoma koja
je suprotna početnom pološaju izlazne skupine.
• Racemizacija je rezultat jednakomjernog odvijanja
retencije i inverzije.
13
SN2-reakcija

U reakciji koja se odvija SN2 -mehanizmom kidanje i
nastajanje veze zbiva se istodobno. Postoji prijelazno
stanje, ali nema međuprodukta. Reakcije obično
pokazuju visok stupanj stereoselektivnosti s pretežnom
inverzijom konfiguracije.

Činjenica da SN2 -reakcije daju inverziju može se
jednostavno objasniti. Prilaz sa stane suprotne izlaznoj
skupini najviše smanjuje međusobna djelovanja
dolazećeg nukleofila, izlazne skupine i ostalih triju
skupina vezanih na središnji ugljikov atom. Ovaj proces
u kojem se izvrće molekula možemo usporediti s
izvrtanjem kišobrana.
14

U prijelaznom stanju postoji međusobno djelovanje
pet parova elektrona s istim ugljikovim atomom. Iako
to nije stabilna konfiguracija ugljikova atoma,
očekujemo da i ovdje vrijede jednostavna pravila za
predviđanje molekulske geometrije. Teorija odbijanja
elektronskih parova valentne ljuske (VSEPR) tvrdi da
se elektronski parovi (vezni i nevezni) u valentnoj
ljusci atoma nastoje tako razmjestiti u prostoru da se
do najmanje moguće mjere smanje odbijanja među
elektronima. Pet elektronskih parova oko središnjeg
ugljikova atoma udaljit će se međusobno što je više
moguće u postizanju geometrije prijelaznog stanja
SN2-reakcije.
15
SN1-reakcija


Reakcija koja se odvija SN1-mehanizmom ima
karbokation kao međuprodukt. Nukleofil može prići
središnjem ugljikovu atomu s obje strane s jednakom
vjerovatnošću. Prema tome, može se očekivati da će u
SN1-reakciji optički aktivnog spoja nastati racemičan
produkt ako do supstitucije dođe na asimetričnom
ugljiku.
Racemizacija je primjećena u SN1-reakcijama kao,
naprimjer, u reakciji spoja A s metanolom. U tom
primjeru metanol djeluje kao otapalo i kao nukleofil.
Supstitucija s otapalom kao nukleofilom često se zove
solvoliza.
16

Racemizacija, međutim, nije jedini stereohemijski
rezultat primjećen kod SN1-reakcija. Ustvari
monomolekulska supstitucija mnogo se češće odvija
uz različit stupanj inverzije i racemizacije.
17
A Izlazna skupina
I u SN1-mehanizmu i SN2-mehanizmu izlazna skupina
odlazi sa svojim veznim elektronima. S istom takvom
situacijom susreli smo se pri razmatranju nukleofilne
supstitucije na karbonilnoj skupini. Vidjeli smo da su
bolje izlazne skupine sposobne bolje smjestiti vezne
elektrone.
 Dobre izlazne skupine derivata karboksilnih kiselina
također su dobre izlazne skupine i kad su vezane na
zasićeni ugljikov atom. Ponovno ćemo ustanoviti da su
dobre izlazne skupine konjugirane baze jakih
kiselina. Prisjetimo se da se loše izlazne skupine mogu
pretvoriti
u
dobre
jednostavnom
reakcijom
protoniranja. Naprimjer, alkoksid i hidroksid su loše
izlazne skupine, ali protoniranjem postaju dijelovi
dobrih izlaznih skupina, alkohola i vode.

18

Najvažnije izlazne skupine su konjugirane baze kiselina
koje imaju pKa-vrijednosti manje od 5. (tabela 10.1.)
19
B Nukleofil
 U reakciji koja se odvija SN1-mehanizmom adicija
nukleofila zbiva se nakon nastajanja karbokationa.
Prema tome, nukleofil ne utiče na brzinu SN1reakcije.
Nasuprot tome,
u
SN2-mehanizmu
sudjelovanje nukleofila je nužno. Često se kaže da
nukleofil istiskuje izlaznu skupinu. Nukleofilnost
reagensa vrlo je važna u SN2-reakciji.
 Očekujemo da će dobri nukleofil biti dobri donor
elektrona, tj. Jače Lewisove baze. Nukleofilnost i
bazičnost u mnogim se slučajevima podudaraju. Njihov
odnos je najkorisniji pri uspoređivanju niza spojeva u
kojima je nukleofil ista vrsta atoma. Naprimjer, kao
reaktivni dio alkohola ili fenola može se smatrati
nukleofilni kisik. Alkohol će biti bolji nukleofil, jer kod
fenola rezonancijska delokalizacija elektrona smanjuje
njihovu prisutnost na kisiku. To je isto tumačenje
kakvim smo se koristili za objašnjenje kiselo-baznih
osobina alkohola i fenola.
20

Slična vrsta odnosa postoji kod nukleofila duž jedne
periode u periodnom sistemu elemenata. Dušikov je
atom nukleofilniji od kisikova u nizu sličnih spojeva.
To je opet rezultat veće slobode vezanja elektronskog
para manje elektronegativnog dušikova atoma. (tabela
10.2.)
21

Povezivanje nukleofilnosti s bazičnošću je korisno,
ali nema pravilnosti. Uspoređuju se, naime, različite
vrste reakcija obično u različitim otapalima.
Bazičnost je ravnotežna pojava kojom se mjeri
položaj ravnoteže u reakciji reagensa s protonom,
obično u vodi. Nukleofilnost uključuje brzinu
reakcije s ugljikovim atomom, obično u bezvodnom
otapalu.

Povezivanje bazičnosti s nukleofilnošću ne može se
primjeniti pri uspoređivanju atoma u skupinama
preiodnog sistema elemenata. S povećanjem
atomskog broja raste nukleofilnost, a opada
bazičnost. (tabela 10.3.)
22
23
C Mjesto supstitucije
 Saznali smo da je struktura oko mjesta supstitucije
glavni činilac u određivanju mehanizma reakcije.
Tercijarni ugljikov atom pogodan je za SN1-reakcije, a
primarni za SN2-reakcije. Uspoređivanje konstanti
brzina reakcija solvolize (prvog reda) pokazuje porast
od 106 ako se od primarnog supstrata pređe na
tercijarni. (tabela 10.5.)
24

Konstante brzina za supstituciju drugog reda smanjuju
se za >106 kad raste broj alkilnih skupina koje okružuju
reakcijski centar. (tabela 10.6)
25
14. ELIMINACIJSKE REAKCIJE-ALKENI I
ALKANI


U uvodu u organske reakcije saznali smo da postoji i
treća vrsta reakcija poznatih pod imenom
eliminacije.
Međutim, u studiju organske hemije izraz
eliminacija označava gubitak dvaju atoma ili skupina
s molekule. U većini uobičajenih eliminacijskih
reakcija nastaju višestruke veze gubitkom skupina
vezanih na susjedne atome. Proces se obično naziva
1,2-eliminacija ili β-eliminacija zbog položaja
dviju izlaznih skupina na ugljikovu skeletu. 1,2eliminacije služe za pripravu alkena i alkina iz
zasićenih perkusora.
26

U drugoj vrsti eliminacije dvije skupine odlaze s istog
atoma. Takve 1,1-eliminacije ili α-eliminacije
primjenjuju se za dobivanje vrlo reaktivnih čestica,
karbena. Ti elektronima siromašni međuprodukti su
elektrofilni i upotrebljavaju se u sintezi u adicijama na
nezasićene veze.
27

U ovom će se poglavlju razmatrati samo 1,2eliminacijske reakcije. Već smo upoznali proces u
kojem nastaju alkeni kao reakciju kompetitivnu
nukleofilnoj supstituciji. Kako je eliminacija
mehanistički srodna supstituciji, hemičar mora
odabrati uvjete koji više pogoduju jednoj od tih
reakcija.
28
14.1. Reakcijski mehanizam

Obično se smatra da postoje tri mehanizma 1,2eliminacijskih reakcija. Najčešći su E2 i E1. Ta dva
procesa blisko su srodna SN2-mehanizmu i S 1mehanizmu. Treći mehanizam, koji se označava
N
kao E1cB, premda je manje uobičajen, predstavlja
jednu od krajnosti među mogućim eliminacijskim
putevima.
29
E2-mehanizam

U jedinom stupnju ovoga bimolekulskog 1,2eliminacijskog mehanizma, koji označavamo sa E2,
sudjeluju i supstrat i nukleofil. Nukleofil otcjepljuje
jednu skupinu, a istodobno sa susjednog ugljikova
atoma odlazi druga skupina.
30

Nukleofil je obično baza koja veže proton s ugljikova βatoma s obzirom na izlaznu skupinu. Reakcijska je
kinetika drugog reda: prvog reda za bazu i prvog reda
za supstrat. Reakcija je srodna S 2-reakciji.
N
• Ovisnost
brzine reakcije o bazi i supstratu jedan je od
dokaza koji govori u prilog predloženom mehanizmu.
Drugi je stereoselektivnost reakcije što se od usklađene
reakcije može i očekivati.
31


Zanimljiv način potvrđivanja E2-mehanizma jest
upotreba izotopa. Oni se obično upotrebljavaju za
praćenje određenih fragmenata za vrijeme reakcije.
Druga se upotreba izotopa osniva na činjenici da se
veze nekog atoma s izotopima drugog atoma razlikuju s
obzirom na lakoću cijepanja, ovisno o tome o kojem se
izotopu radi.
Jedan pristup koji se primjenjuje pri proučavanju
eliminacijskih mehanizama osniva se na činjenici da je
kidanje veze ugljik-deuterij sporije od kidanja slične
veze ugljik-vodik. Ako se veza ugljik-vodik cijepa u
stupnju koji određuje brzinu reakcije, onda će takva
reakcija na spoju koji je supstituiran deuterijem biti
sporija. Rezultat se naziva kinetički izotopni efekat.
32
E1-mehanizam

Tercijarni supstrati, tj.supstrati sa izlaznom skupinom
na tercijarnom ugljiku, podliježu eliminacijskim
reakcijama u kojima samo supstrat sudjeluje u stupnju
koji određuje brzinu reakcije. Mehanizam sadrži
nastajanje karbokationa i označava se kao E1:
monomolekulska eliminacija. U E1-mehanizmu
najprije se otcjepljuje izlazna skupina jer može nastati
razmjerno stabilan karbokation. Početni je stupanj
identičan prvom stupnju u S 1-reakcijama. U drugom
stupnju baza otcjepljuje β-vodikov atom i nastaje
alken.
N
33

Monomolekulska eliminacijska reakcija odvija se istom
brzinom kao i kompetitivna monomolekulska
supstitucija (S 1). Eliminacija može biti neugodna
popratna reakcija prilikom solvolitičke supstitucije
tercijarnih supstrata.
N
34
E1cB-mehanizam

Opažen je i treći mehanizam eliminacijskih reakcija.
Baza (B:) može otcjepiti β-vodikov atom dajući
karbanion u prvom stupnju reakcije. Alkenski produkt
nastaje
otcjepljenjem
izlazne
skupine
iz
karbanionskog međuprodukta.
• Proces
se obično odlikuje kinetikom drugog reda, ali
se označava kao E1cB da bi se pokazalo da odlazak
izlazne skupine iz početno nastale konjugirane baze
(karbaniona) vodi do produkta.
35
Mehanističke varijable

Mehanističke mogućnosti E1,E2 i E1cB čine kontinuum
reakcijskih puteva eliminacije.
• Oznake upućuju na vremenski odnos pri kidanju dvije
б-veza. Otcjepljenje izlazne skupine (L) ima najveći
uticaj na brzinu E1-reakcije, dok reaktivnost izlazne
skupine ne mora utjecati na brzinu E1cB-reakcije. Kad se
razmatra kidanje veze s elektrofilom (E ili H) kod ova
dva mehanizma, uticaj na brzinu je različit. Gubitak βsupstituenta nije uključen u izraz za brzinu E1-reakcije,
ali je varijabla u E1cB-procesu.
36
E1 ili E2

U našim razmatranjima supstitucijskih reakcija naučili
smo da je struktura supstrata glavni faktor koji
određuje reakcijski mehanizam. Primarni reakcijski
centar pogoduje S 2-mehanizmu, a tercijarni centri ili
mogućnost nastajanja relativno stabilnih kationskih
međuprodukata pogoduju S 1-mehanizmu.
N
N

Razmišljajući na sličan način, očekujemo da će se
eliminacija odvijati E2-mehanizmom ako se izlazna
skupina otcjepljuje s primarnoga ugljikova atoma. E1mehanizam očekuje se kod tercijarnih supstrata u
uvjetima pogodnim za nastajanje karbokationa. Kad se
izlazna skupina otcjepljuje sa sekundarnog ugljikova
atoma, mehanizam varira od E1 do E2, ovisno o
uvjetima reakcije.
37
Međutim suprotno supstitucijskim reakcijama, E2mehanizam često je opažen kod tercijarnih supstrata,
dakle
spojeva
koji
mogu
dati
kationske
međuprodukte. Kako se mogu objasniti takve razlike?
 Dosada smo usmjeravali pažnju samo na supstrat,
molekulu s koje odlaze dvije skupine. Razmotrimo
drugi reaktant u većini eliminacijskih reakcija, bazu.
Za E2-mehanizam potrebno je samo da baza otcijepi
proton s β-atoma, s obzirom na centar s kojega se
otcjepljuje
izlazna
skupina.
Pretrpanost
supstituentima mu je tako značajna kao kad nukleofil
mora prići ugljikovu atomu s kojeg odlazi izlazna
skupina. Prema tome kad je baza jača ili više
koncentrirana, E2-mehanizam će se javljati i kod
tercijarnih supstrata.

38

Kada onda možemo očekivati E1-reakciju?
Monomolekulska eliminacija primjećena je kod
tercijarnih i u nekim slučajevima sekundarnih
supstrata kad je baza slaba ili male koncentracije i
reakcijski
uvjeti
pogoduju
nastajanju
karbokationa. Ti se eksperimentalni uvjeti obično
postižu kad solvatiranje i polarnost otapala
pogoduju razdvajanju naboja koje je potrebno za
nastajanje karbokationa.
39
Eliminacija ili supstitucija

Problem s kojim se susreče hemičar pri planiranju
sinteze jest kompeticija između eliminacije i
supstitucije. Te dvije reakcije imaju srodan
mehanizam, a daju vrlo različite produkte.

Ipak će neki supstrat, ovisno o uvjetima reakcije,
reagirati pretežno na jedan ili pretežno na drugi
način.
40
Bazičnost ili nukleofilnost

Eliminacija H-L, koju uzrokuje baza, zahtijeva
otcjepljenje protona, a supstitucija uključuje nastajanje
veza na ugljiku atomu. Bazičnost je važan činilac za
eliminaciju, a nukleofilnost je važna za supstituciju.
Stoga je uobičajeno upotrijebiti jako bazićne uvjete
reakcije, ako je eliminacija željena reakcija.
41
U prikazanoj reakciji 2-brompropana i etanol i etoksidion su nukleofili. Etoksid je ipak bolji nukleofil zbog
svojeg negativnog naboja. No negativno nabijen kisikov
atom čini etoksid jakom bazom. Bazičnost je
prevladavajući faktor u kompeticiji eliminacije i
supstitucije, što povećava eliminaciju.
 Priroda baze ili nukleofila također će uticati na odnos
eliminacija-supstitucija. Mnogi dobri nukleofili nisu
jake baze. U gornjem primjeru natrij-etoksid djeluje
prvenstveno kao baza u reakciji sa sekundarnim
supstratom, 2-brompropanom. U srodnoj reakciji, gdje
se kao baza upotrebljava anion etantiola, prevladava
supstitucija. Sumporov atom je bolji nukleofil, a manje
je bazičan od kisikova aniona.

42
Struktura supstrata

Pretrpanost supstituentima unutar supstrata više
pogoduje eliminaciji nego supstituciji. To je zbog
toga što steričke smetnje više ometaju nukleofil na
putu do ugljikova atoma nego do β-vodikova atoma.
Sterički je efekat općenito važan kad se skupine koje
dovode do pretrpanosti nalaze na α- ili β-ugljikovim
atomima.
43

Veća stabilnost produkta vjerovatno je drugi faktor
koji objašnjava porast udjela eliminacije kad se poveća
broj skupina na supstratu. Alkene (i prijelazna stanja
koja do njih vode) stabiliziraju alkilne skupine, tj. više
supstituirani alkeni obično su stabilniji. Sličan se efekat
ne očekuje u supstitucijskoj reakciji. U sljedećim
primjerima elektronski i sterički faktori pridonose
povećanoj eliminaciji izopropilsulfonijeve soli.
44

Uticaj pretrpanosti na odnos eliminacije i
supstitucije sličan je kod reakcija koje se odvijaju
monomolekulskim
(E1
nasuprot
SN1)
i
bimolekulskim (E2 nasuprot SN2) mehanizmima.
Pretrpanost supstituentima oko α-ugljika, a također
i β-ugljika, dovodi do povećanog udjela eliminacije.
45
Otapalo

Već smo vidjeli da se u prijelaznom stanju SN2reakcije naboj raspršuje. Reakciji s toga pogoduje
smanjenje
polarnosti
otapala.
Razmatranje
prijelaznog stanja E2-reakcije pokazuje da se naboj
još više raspršuje nego u SN2-kompleksu, jer je
uključeno pet atoma. Smanjenje polarnosti
otapala više pogoduje eliminaciji nego
supstituciji.
46

Na sljedećem primjeru prikazan je odnos eliminacije i
supstitucije. Udio eliminacije HBr iz 2-brompropana
se povećava kad se umjesto polarnije vodene otopine
etanola upotrijebi manje polaran etanol.
• Slična
razmatranja reakcija E1 i SN1 pokazuju da se
naboj više rasprčuje u prijelaznom stanju koje vodi do
eliminacije. Smanjenje polarnosti otapala i ovdje
pogoduje eliminaciji.
47
Temperatura

Kad se povisi temperatura, eliminacija postaje
relativno brža od supstitucije. To se događa kako u
procesima E1-SN1, tako i u procesima E2-SN2.
Jednostavna metoda koja se često primjenjuje kad se
želi povećati eliminacija jest povišenje temperature.
48
Usmjerenje eliminacije

Mnogi supstrati imaju više od jednog β-vodikova
atoma, koji se mogu otcjepiti u eliminacijskoj
reakciji. Naprimjer, u eliminaciji HBr iz 2brombutana može sudjelovati proton iz metilne ili
metilenske skupine. Reakcija s natrij-etoksidom u
etanolu daje smjesu dvaju mogućih alkenskih
produkata.
49
Neke eliminacijske reakcije daju smjese alkena, a u
nekima nastaje samo jedan od mogućih izomera.
One koje daju samo jedan izomer su
regiospecifične. Kad nastaje smjesa nejednakih
količina izomera reakcija je regioselektivna. Prefiks
“regio” odnosi se na usmjerenje reakcije.
 Uobičajeno je da se usmjerenje određuje prema
stupnju supstitucije oko dvostruke veze ugljik-ugljik
u produktu. Kad nastaje više supstituiran alken (2buten u gornjem primjeru) riječ je o Zajcevljevu
usmjerenju. Nastajanje manje supstituiranog
alkena (1-buten u gornjem primjeru) rezultat je
Hofmannova usmjerenja. U ovom ćemo odlomku
vidjeti da struktura supstrata, priroda izlazne
skupine i uvjeti reakcije zajedno utiču na to koji će se
β-vodikov atom otcijepiti.

50
Nastajanje više supstituiranog alkena

Nastajanje više supstituiranog alkena (Zajcevljev
produkt) općenito je i nastajanje stabilnijeg
alkena. Vidjeli smo da alkilne skupine stabiliziraju
dvostruku vezu. Zato ne iznenađuje što je prijelazno
stanje koje vodi do više supstituiranog alkena niže
energije nego ono koje vodi do manje
supstituiranog alkena. Stabilizacija je mala i iznosi
obično 4 do 12 kJ/mol po alkilnoj skupini. Zato je
prednost u nastajanju Zajcevljeva produkta u E2reakciji često mala.
51

Više supstituiran alken često postoji kao smjesa Estereoizomera i Z-stereoizomera. Omjer E/Z ovisi o
steričkim međudjelovanjima u prijelaznom stanju
koje vodi do pojedinog izomera. Obično je povoljnije
nastajanje izomera s većim skupinama na suprotnim
stranama dvostruke veze.
52

Eliminacijske reakcije koje se odvijaju E1mehanizmom daju pretežno više supstituiran
Zajcev produkt.
53
Nastajanje manje supstituiranog alkena

Nastajanje više supstituiranog alkena (Zajcevljevo
usmjerenje) nastupa pretežno u eliminacijama malih
izlaznih skupina, npr. halogenida. Kad je izlazna skupina
kvaterna amonijeva ili sulfonijeva sol, pretežno će nastati
manje supstituiran alken (Hofmannovo usmjerenje).
54

Na nastajanje manje supstituiranog alkena mogu
uticati mnogi faktori, ali se općenito vjeruje da su
najvažnija sterička međudjelovanja. Amonij i
sulfonij su velike izlazne skupine. Dolaskom baze u
ovim E2-reakcijama povećava se pretrpanost u
supstratu. Općenito je bazi lakše otcijepiti βvodikov atom s manje supstituiranog ugljikova
atoma i dati manje supstituiran alken.
55
HVALA NA PAŽNJI !
56