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Nucleophile Substitution 1. Ordnung
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Nucleophile Substitution 1. Ordnung

Eine nucleophile Substitution dient generell dazu, eine funktionelle Gruppe, oder einen Wasserstoff durch eine andere funktionelle Gruppe zu ersetzen.
Das angreifende Nucleophil (kernliebendes Teilchen) ist negativ geladen oder neutral mit freiem Elektronenpaar. Der folgende SN1 Mechanismus läuft an tertiären Kohlenstoffatomen ab. Primäre Kohlenstoffatome bevorzugen Substitution per  SN2. Bei sekundären Kohlenwasserstoffen läuft meist eine Mischung aus uni- und bimolekularer nucleophiler Substitution ab.

Benannt nach: entfällt
Entdeckung: entfällt

Mechanismus:

Als Beispiel die Verseifung von t-Butylchlorid (2-methyl-2-Chlorpropan):

In einer heterolytischen Spaltung, bildet sich im ersten Reaktionsschritt ein sehr stabiles tertiäres Carbeniumion (hier Trimethylcarbeniumion) und ein Chloridion, hierbei geht das Kohlenstoffatom von der sp3-Hybridisierung in eine sp2-Hybridisierte Form über, da das Chloridion ein Elektron behält. So kann ein Elektron weniger an der Orbitalhybridisierung teilnehmen, das benannte Carbeniumion ist sterisch planar. Vorher konnte das Nucleophil nicht angreifen, da durch die Methylgruppen eine sterische Hinderung bestand, jedoch kann es nun von zwei verschiedenen Seiten an das tertiäre Carbeniumion angreifen, wobei chirale Verbindungen entstehen, was aber nur bei chiralen Ausgangsverbindungen der Fall sein kann. Hier entsteht ein Racemat, also ein Stoffgemisch, welches nach außen optisch inaktiv ist, da es genau die gleichen Anteile des links- und rechtsdrehenden Isomers enthält. In Nebenreaktionen kann sich z.B. das oben benannte Hydroxidion an einen der Wasserstoffe in den Methylgruppen des tert.-butyl-Kations anlagern, wobei unter Wassereliminierung 2-Methylpropen entsteht. Neben Eliminierungen können auch Umlagerungen als Nebenreaktion vorkommen.
Eine Steuerung dieser Reaktion ist über die Solvatation möglich. Die Wasserstoffbrückenbindung von polaren, protischen Lösungsmitteln hemmen die Nucleophilie der Nucleophilen. Polare, aprotische Lösungsmittel dagegen, beschleunigen durch Solvatation der Nucleophilen die Reaktion.
In 50%igen Ethanol läuft die Reaktion 30.000 mal schneller ab als in reinem Wasser. (Quelle: Sykes, Reaktionsmechanismen, nucleophile Substitution an Aliphaten)
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Namensreaktion? Eigentlich zu allgemein. Aber gut, vllt. sollte Niko "Namensreaktionen" sowieso zu "Mechanismen" umbenennen. Ich hoffe, SN2 folgt auch noch? Smile

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Zitat:
Durch Solvatation der Nucleophilen ist eine Steuerung dieser Reaktion möglich.

Nicht nur Nucleophile werden solvatasiert. Auch die carbokationische Zwischenstufe. Also das Verhalten von beiden Ausgangsstoffen auf das Lösungsmittel beeinflusst die Reaktion.

Zitat:
Eigentlich müsste das Hydroxidion an die gegenüberliegende Seite des Bromteilchens binden, doch aufgrund der Methylgruppen kann es dies nicht, man spricht von einersterischen Hinderung. Daher wird zuerst das Brom eleminiert, woraufhin sich ein recht stabiles tertiäres Carbeniumion bildet.

Nicht nur das ist der Grund für Sn1.
Sekundäre Carbokationen sind auch "recht stabil" und reagieren deshalb gelegentlich auch nach erster Ordnung.

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Ja ok Toby, da hast du recht...
Beim schreiben dachte ich ehrlich auch an eine Bildung eines Racematen, doch war ich mir nicht sicher -.-
Also SN2 kommt natürlich auch noch, was für eine Frage...
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Sieht gut aus, bis auf einige Rechtschreibfehler. Very Happy

Was ich allerdings nicht verstehe, wie es dabei zu einer Racematisierung kommen kann, bzw. warum sich die Methylgruppen umlagern. Könnte mir das jemand erklären?
Und was hat tert. Butylchlorid damit zu tun? Du meintest tert. Butylbromid, oder?
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Kommt wohl davon, dass das Carbeniumkation sp2 Hybritisiert ist und dann das Nukleophil von zwei Seiten gleich gut angreifen kann...

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Zitat:
Kommt wohl davon, dass das Carbeniumkation sp2 Hybritisiert ist und dann das Nukleophil von zwei Seiten gleich gut angreifen kann...

Man nimmt eine sp2-Hybridiserung an ... Modellvorstellung bzw. mathematische Spielerei Wink

Bariumchlorid hat Folgendes geschrieben:
Die Methylgruppen schlagen dabei manchmal wie ein Regenschirm um [...]

Dieses "Umschlagen" nennt man Walden'sche Umkehr und ist eher bei SN2-Reaktionen zu finden... aber gut.

mfg

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