Nukleofilní substituce

O kurzu

V tomto kurzu se student naučí problematiku nukleofilních substitucí v rámci předmětu organická chemie 2. Na příkladech budou vysvětleny pojmy z druhého zkouškového okruhu OCH2 a proto je tento kurz vhodný jak pro studium na zápočtové testy, zkouškové testy i pro přípravu na zkoušku samotnou. 

Témata ve druhém zkouškovém okruhu:

2. Nukleofilní substituce na nasyceném atomu uhlíku. Mechanismus, stereochemie, závislost na struktuře, substrátu, odstupující skupině, rozpouštědle, konkurenční reakce. Příprava alkoholů, etherů, epoxidů, thiolů, esterů, alkylace amoniaku, aminů a sirných derivátů, Gabrielova syntéza aminů, příprava alkylhalogenidů z alkoholů (s využitím halogenovodíků a halogenidů anorganických kyselin), převedení alkoholů na sulfonáty (mesyláty, tosyláty), sulfonáty jako odstupující skupiny, štěpení etherů, otevírání epoxidů. Tvorba C-C vazby alkylačními reakcemi - příprava nitrilů, reakce organokuprátů s alkyl, alkenyl a arylhalogenidy.

Příklady řešené v tomto kurzu:

Substituce 1:

• Napište reakci (S)-3-brom-3-methylhexanu s methanolem, určete stereochemii vznikajících produktů, nakreslete energetický diagram reakce a napište rychlostní rovnici. Jaký vliv bude mýt na rychlost třínásobné zředění reakční směsy methanolem. 
• Napište reakci (S)-3-brom-3-methylhexanu s methanolátem sodným v methanolu. (vypište všechny produkty). 
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s methanolem: methyl bromid, ethyl bromid, isopropyl bromid, terc-butyl bromid
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s terc-butyl bromidem: methanol, voda, kys. mravenčí, kys. octová

Substituce 2:

• Napište reakci methyl bromidu s kyanidem sodným v DMF. Napište energetický diagram reakce, nakreslete strukturu TS a vysvětlete co je to Waldenův zvrat. 
•  Nakreslete reakci (S)-2-brombutanu s azidem sodným a určete stereochemii produktu. Napište rychlostní rovnici SN2 reakce a určete jak se rychlost změní pokud směs zředíme 2 krát pomocí DMF. 
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s azidem sodným v DMF: terc-butyl bromid, sec-butyl bromid, isobutyl bromid, butyl bromid, neopentyl bromid. 
• Nakreslete reakci brombenzenu s kyanidem sodným. (pokuste se připravit cílovou látku i jiným způsobem). 
• Nakreslete reakci vinyl bromidu s azidem sodným 
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s methyl bromidem: Voda, kys. octová, alkohol, hydroxylový ion, acetátový ion, alkoholátový ion, 
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s methyl bromidem: amidový anion, hydroxylový anion, fluoridový anion, 
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s methyl bromidem: fluoridový anion, chloridový anion, bromidový anion, iodidový anion, 
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s methyl bromidem: hydrogensulfidový anion, hydrogenselenidový anion, hydroxylový anion, hydrogenteluridový anion, 
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s azidem sodným v DMF: methyl fluorid, methyl chlorid, methyl iodid, methyl bromid.
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s azidem sodným v DMF: methyl acetát, methanol, dimethyl ether. (nutno doplnit, že jediná látka, která by mohla odsoupit je acetát, ostatní by nereagovaly vůbec). 
• Nakreslete reakci benzyl bromidu s ethanolem 
• Nakreslete reakci benzyl bromidu s NaH v DMF (jak bychom mohli reakci zrychlit). 

Substituce 3:

• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s methyl bromidem: voda, acetát, hydroxyl, methanolát, kyanidový anion, azidový anion, hydrogensulfidový anion, iodidový anion, chloridový anion, 
• Seřaďte následující látky podle toho jak podporují reakci methyl bromidu s kyanidem sodným: voda, ethanol, aceton, DMF, DMSO, acetonitril, HMPA. Nakreslete struktury těchto látek. 

Substituce 4:

• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s vodou: cyklohexyl jodid, 1-methyl-cyklohexyl jodid, 1-cyklohexyl-1-jodo-methan,  
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s vodou: cyklopentyl bromid, 2,2-dimethylbutyl bromid
• Seřaďte následující látky podle toho jak rychle reagují s azidem sodným nebo s vodou: cyklohexyl jodid, cyklohexyl bromid, cyklohexyl chlorid,  
• Nakreslete produkty reakce cis-1-brom-1,4-dimethyl cyklohexanu s ethanolem (který produkt převažuje)
• Nakreslete produkty reakce trans-1-brom-1,4-dimethyl cyklohexanu s ethanolem (který produkt převažuje)
• Nakreslete produkty a mechanismus reakce methanolu s HBr
• Nakreslete produkty a mechanismus reakce benzyl alkoholu s PBr3
• Připravte methyl chlorid z kys. mravenčí 
• Připravte methyl chlorid z methanolu pomocí SOCl2 (nakreslete mechanismus) 
• Nakreslete produkty a mechanismus reakce HI s THF 
• Nakreslete produkty a mechanismus reakce Et2O s HBr
• Připravte Et2O z EtOH. 

Substituce 5:

• Z (S)-1-fenyl ethanolu připravte odpovídající tosylát a ten nechte reagovat s NaCN. Všchny látky nakreslete ve fisherově projekci a určete stereochemii. 
• Nakreslete reakci 3-Brom-2-methyl pentanu s vodou 
• Z (R)-3-methyl-but-2-olu ´připravte odpovídající mesylát a ten nechte reagovat s kys. octovou za zvýšené teploty
• Z (S,S)-2-methyl cyklohexanolu připravte (R)-((S)-2-methyl-cyklohex-1-yl) acetát 
• Z propargyl alkoholu připravte propargyl fluorid přes triflát. 

Substituce 6:

• Proveďte reakci ethyl bromidu s amoniakem 
• Připravte ethyl amin z ethanolu přes azid 
• Připravte ethyl amin z ethanolu jiným způsobem 
• Připravte ethyl amin z methanolu
• Připravte ethyl triphenyl fosfonium bromid z triphenyl fosfinu 

Substituce 7:

• Připravte oxiran průmyslovým způsobem
• Přípravte kyselinu peroxyoctovou a nechte ji reagovat s ethylenem 
• Proveďte reakci oxiranu s ethanolem v prostředí H2SO4
• Proveďte reakci oxiranu s methanolátem sodným v methanolu 
• Proveďte reakci (R)-2-methyloxacyklopropanu s methanolátem sodným v methanolu 
• Proveďte reakci (R)-2-methyloxacyklopropanu s methanolem v prostředí H2SO4.
• Proveďte reakci (R)-2-methyloxacyklopropanu s HCl
• Proveďte reakci Et2O s HBr
• Proveďte reakci fenyl(ethyl) etheru s HBr
• Proveďte reakci difenyl etheru s HBr
• Proveďte reakci ethyl bromidu s hydrogensufidem sodným 

Substituce 8:

• Připravte diethyl kuprát z ethanolu a nechte jej reagovat s methyl bromidem
• Připravte pentyl benzen klasickým způsobem a pomocí kuprátů. 
• Připravte vinyl benzen z acetylenu a nechte jej reagovat s obecným kuprátem