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

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	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-methyl
butan.

Reihenfolge für Reaktionsgeschwindigkeit nach SN2 zunehmend:

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--- 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