leereenheid 3 reacties van koolstofverbindingen
voorbeelden opnoemen van nucleofiele reagentia, zowel geladen als ongeladen
● Bij een Nucleofiele substitutiereactie reageert een nucleofiel deeltje met een
elektrofiel deeltje en vervangt het nucleofiele deeltje een ander atoom of
atoomgroep in het molecuul
- Reactie kan afhankelijk van moleculen en van oplosmiddel via twee verschillende
mechanismen verlopen
- Gaan vaak gepaard met eliminatiereacties waarbij een dubbele koolstofbinding
wordt gevormd
● Nucleofiel reagentia = deeltjes die reageren met een ander deeltje met een geheel of
gedeeltelijke positieve lading
- zijn zelf negatief geladen of neutraal met een vrij elektronenpaar of partiëel
negatief geladen
negatief geladen nucleofielen: Nu-
● voorbeelden zijn:
● ook negatief geladen koolstofverbindingen behoren tot deze groep: carbanion 🡪 vrije
elektronenpaar neemt hier plaats in van vierde binding waardoor tetraëder structuur
behouden blijft, maar wel gedeformeerd
- er is dan inversie mogelijk, kan dus omklappen
- dit voorkomt dat carbanionen chiraal zijn, zelfs wanneer zij drie verschillende
groepen bezitten 🡪 in spiegelbeeld overgaan
- in algemeen is stabilisering van een carbanion door inductieve of mesomere
effecten nodig 🡪 langere levensduur om reactie aan te gaan met 2e deeltje
neutrale nucleofielen: Nu
● voorbeelden van neutrale nucleofielen met een vrij
elektronenpaar of partiële negatieve lading zijn:
- partiële lading op heteroatoom omdat dit een
hogere elektronegativiteit heeft dan koolstof
● om koolstofatoom zelf een nucleofiel karakter te geven, is een binding met een
elektropositief atoom noodzakelijk 🡪 metaalatomen
- er ontstaat een organometaalverbinding waarbij metaalatoom sterker
elektronenstuwend effect heeft dan akylgroep
- begin situatie: elektrofiele koolstofatoom is aan Br-atoom verbonden dat een
nucleofiel karakter heeft
- eind: door binding van Mg-atoom aan Br-atoom krijgt C-atoom nu nucleofiele
karakter
o organomagnesiumverbinding = Grignard-verbinding
o daarnaast worden ook organolithiumverbindingen veel gebruikt
, - organometaalbindingen zullen door de sterke polarisatie een zeker ionogeen
karakter aannemen
voorbeelden opnoemen van elektrofiele reagentia, zowel geladen als ongeladen
● elektrofiele reagentia = deeltjes die reageren met een atoom met een teveel aan
elektronen
- veelal een geheel of gedeeltelijke positieve lading, door een gebrek aan
omringende elektronen
positief geladen elektrofielen
● voorbeelden zijn:
● ook de positief geladen koolstofatomen behoren tot deze groep: carbokation
- hebben een vlakke structuur
- stabilisering door inductieve en mesomere effecten noodzakelijk voor levensduur
en aangaan reactie
- akylgroepen stabiliseren door hun elektronenstuwend effect (+I) de positieve
lading 🡪 aantal akylgtoepen en dus stabiliteit neemt af gaande van tertiair,
secundair en primair
- verschil in stabiliteit zo groot dat in carbokation omleggingen optreden waardoor
dus een stabieler carbokation wordt gevormd, bijv.:
Neutrale elektrofielen
● voorbeelden van neutrale elektrofielen met een gebrek aan omringende elektronen
of partiële positieve lading zijn:
- Boortrifluoride elektronensextet
- Aluminiumtrichloride elektronensextet
- Halogeenalkaan
- Carbonylverbinding = C = O <-> C+-O-
het richtingsverloop van een nucleofiele substitutiereactie verklaren
● Substitutiereactie =
● Reacties van akylverbindingen met een nucleofiel deeltje Nu- en Nu = nucleofiele
substitutiereacties
, Omdat hierbij een nieuw nucleofiel deeltje X- ontstaat kan de reactie een
-
evenwichtsreactie zijn 🡪 X is dan de vertrekkende groep
- Vertrekkende groep bij nucleofiele substitutiereactie is altijd een deeltje dat
gemakkelijk een bindingselektronenpaar kan opnemen en dan relatief stabiel is
● De relatieve stabiliteit van X- en Nu- bepaalt dan voor grotendeels in welke richting de
reactie zal verlopen
- In water is de stabiliteit van X- en Nu- tegengesteld aan de basiciteit van deze
ionen
- Nucleofiele substitutiereacties verlopen dus met die moleculen waarbij de
vertrekkende groep een stabieler deeltje is dan de inkomende en aanvallende
groep
o Door instabiliteit van hydride-ion, H-, zal de vervanging van het hydride-
ion niet optreden.
o Omgekeerde reactie gunstiger, hier ontstaat een stabiel Cl-ion
- Jodide ion kan zowel de rol van nucleofiel hebben als vertrekkende groep 🡪 geldt
niet voor alle nucleofielen
● Verder wordt het evenwicht beïnvloed door de sterkte van de C-X en C-Nu binding
het mechanisme opschrijven van een SN1- en een SN2-reactie en verklaren dat bij het SN1-
mechanisme racemisatie en bij het SN2-mechanisme inversie van configuratie optreedt
● nucleofiele substitutiereactie kan in principe volgens drie mechanisme verlopen
a)Eerst vorming van de Nu-C binding, gevolgd door verbreken van de C-X binding
b)Gelijktijdige vorming van Nu-C binding en verbreken van de C-X binding
c)Eerst verbreking van C-X binding en dan vorming van C-Nu binding
● Alternatief a vervalt, omdat dit betekent dat het intermediair een C-atoom heeft dat
door 10 elektronen is omringt en dat kan niet
● Alternatief b = bimoleculaire nucleofiele substitutie, SN2-reactie
- In het intermediair duwt Nu- door steeds dichter te naderen, X- uit het molecuul
- reactiesnelheid afhankelijk van concentraties RX en Nu-
- snelheid van de vorming RNu is k [Nu-][RX]
● alternatief C = unimoleculaire nucleofiele substitutie, SN1-reactie
- ontstaat in eerste instantie energetisch carbokation dat daarna zeer snel met Nu-
zal reageren (als X- stabieler is dan Nu-)
voorbeelden opnoemen van nucleofiele reagentia, zowel geladen als ongeladen
● Bij een Nucleofiele substitutiereactie reageert een nucleofiel deeltje met een
elektrofiel deeltje en vervangt het nucleofiele deeltje een ander atoom of
atoomgroep in het molecuul
- Reactie kan afhankelijk van moleculen en van oplosmiddel via twee verschillende
mechanismen verlopen
- Gaan vaak gepaard met eliminatiereacties waarbij een dubbele koolstofbinding
wordt gevormd
● Nucleofiel reagentia = deeltjes die reageren met een ander deeltje met een geheel of
gedeeltelijke positieve lading
- zijn zelf negatief geladen of neutraal met een vrij elektronenpaar of partiëel
negatief geladen
negatief geladen nucleofielen: Nu-
● voorbeelden zijn:
● ook negatief geladen koolstofverbindingen behoren tot deze groep: carbanion 🡪 vrije
elektronenpaar neemt hier plaats in van vierde binding waardoor tetraëder structuur
behouden blijft, maar wel gedeformeerd
- er is dan inversie mogelijk, kan dus omklappen
- dit voorkomt dat carbanionen chiraal zijn, zelfs wanneer zij drie verschillende
groepen bezitten 🡪 in spiegelbeeld overgaan
- in algemeen is stabilisering van een carbanion door inductieve of mesomere
effecten nodig 🡪 langere levensduur om reactie aan te gaan met 2e deeltje
neutrale nucleofielen: Nu
● voorbeelden van neutrale nucleofielen met een vrij
elektronenpaar of partiële negatieve lading zijn:
- partiële lading op heteroatoom omdat dit een
hogere elektronegativiteit heeft dan koolstof
● om koolstofatoom zelf een nucleofiel karakter te geven, is een binding met een
elektropositief atoom noodzakelijk 🡪 metaalatomen
- er ontstaat een organometaalverbinding waarbij metaalatoom sterker
elektronenstuwend effect heeft dan akylgroep
- begin situatie: elektrofiele koolstofatoom is aan Br-atoom verbonden dat een
nucleofiel karakter heeft
- eind: door binding van Mg-atoom aan Br-atoom krijgt C-atoom nu nucleofiele
karakter
o organomagnesiumverbinding = Grignard-verbinding
o daarnaast worden ook organolithiumverbindingen veel gebruikt
, - organometaalbindingen zullen door de sterke polarisatie een zeker ionogeen
karakter aannemen
voorbeelden opnoemen van elektrofiele reagentia, zowel geladen als ongeladen
● elektrofiele reagentia = deeltjes die reageren met een atoom met een teveel aan
elektronen
- veelal een geheel of gedeeltelijke positieve lading, door een gebrek aan
omringende elektronen
positief geladen elektrofielen
● voorbeelden zijn:
● ook de positief geladen koolstofatomen behoren tot deze groep: carbokation
- hebben een vlakke structuur
- stabilisering door inductieve en mesomere effecten noodzakelijk voor levensduur
en aangaan reactie
- akylgroepen stabiliseren door hun elektronenstuwend effect (+I) de positieve
lading 🡪 aantal akylgtoepen en dus stabiliteit neemt af gaande van tertiair,
secundair en primair
- verschil in stabiliteit zo groot dat in carbokation omleggingen optreden waardoor
dus een stabieler carbokation wordt gevormd, bijv.:
Neutrale elektrofielen
● voorbeelden van neutrale elektrofielen met een gebrek aan omringende elektronen
of partiële positieve lading zijn:
- Boortrifluoride elektronensextet
- Aluminiumtrichloride elektronensextet
- Halogeenalkaan
- Carbonylverbinding = C = O <-> C+-O-
het richtingsverloop van een nucleofiele substitutiereactie verklaren
● Substitutiereactie =
● Reacties van akylverbindingen met een nucleofiel deeltje Nu- en Nu = nucleofiele
substitutiereacties
, Omdat hierbij een nieuw nucleofiel deeltje X- ontstaat kan de reactie een
-
evenwichtsreactie zijn 🡪 X is dan de vertrekkende groep
- Vertrekkende groep bij nucleofiele substitutiereactie is altijd een deeltje dat
gemakkelijk een bindingselektronenpaar kan opnemen en dan relatief stabiel is
● De relatieve stabiliteit van X- en Nu- bepaalt dan voor grotendeels in welke richting de
reactie zal verlopen
- In water is de stabiliteit van X- en Nu- tegengesteld aan de basiciteit van deze
ionen
- Nucleofiele substitutiereacties verlopen dus met die moleculen waarbij de
vertrekkende groep een stabieler deeltje is dan de inkomende en aanvallende
groep
o Door instabiliteit van hydride-ion, H-, zal de vervanging van het hydride-
ion niet optreden.
o Omgekeerde reactie gunstiger, hier ontstaat een stabiel Cl-ion
- Jodide ion kan zowel de rol van nucleofiel hebben als vertrekkende groep 🡪 geldt
niet voor alle nucleofielen
● Verder wordt het evenwicht beïnvloed door de sterkte van de C-X en C-Nu binding
het mechanisme opschrijven van een SN1- en een SN2-reactie en verklaren dat bij het SN1-
mechanisme racemisatie en bij het SN2-mechanisme inversie van configuratie optreedt
● nucleofiele substitutiereactie kan in principe volgens drie mechanisme verlopen
a)Eerst vorming van de Nu-C binding, gevolgd door verbreken van de C-X binding
b)Gelijktijdige vorming van Nu-C binding en verbreken van de C-X binding
c)Eerst verbreking van C-X binding en dan vorming van C-Nu binding
● Alternatief a vervalt, omdat dit betekent dat het intermediair een C-atoom heeft dat
door 10 elektronen is omringt en dat kan niet
● Alternatief b = bimoleculaire nucleofiele substitutie, SN2-reactie
- In het intermediair duwt Nu- door steeds dichter te naderen, X- uit het molecuul
- reactiesnelheid afhankelijk van concentraties RX en Nu-
- snelheid van de vorming RNu is k [Nu-][RX]
● alternatief C = unimoleculaire nucleofiele substitutie, SN1-reactie
- ontstaat in eerste instantie energetisch carbokation dat daarna zeer snel met Nu-
zal reageren (als X- stabieler is dan Nu-)
