6.2.3 Nucleofiele substitutie In een alkanol kan de OH-groep vervangen worden door een ander negatief geladen substituent: het is een nucleofiele substitutie. Deze reacties worden uitgevoerd in een zuur milieu. Algemene voorstelling van het reactiemechanisme: δ-
δ+
R
δ+
H3O+
δ-
H + El
O
Nu
R
Nu + El
O
H
Op deze manier kunnen vanuit alkanolen verschillende stofklassen gemaakt worden, bv. -
Alkanolen Alkanolen Alkanolen Alkanolen
+ + + +
binaire halogeenzuren → halogeenalkanen alkanol → alkoxyalkanen (ethers) (1) alkaanzuur → alkylalkanoaten (esters) (1) ammoniak → aminen (1) Het reagensdeeltje dient hier kleiner te zijn dan het alkanolsubstraat.
In elke reactie wordt in het alkanol (het substraat) een OH--ion heterolytisch afgesplitst. Het reagensdeeltje geeft een waterstofion af (het elektrofiel deeltje), het resterende deel van het reagensdeeltje (negatief geladen; het nucleofiel deeltje) vervangt het OH--ion in het alkanol. Bv. - tijdens de reactie tussen propaan-1-ol en zoutzuur worden 1-chloorpropaan en water gevormd. H H
H
H
C
C
C
H
H
H
δ+ δ-
δ+
O
H + H
δ-
Cl
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
Cl + H
O
H
Enkel reactie in een zuur milieu De meeste reacties van alkanolen kunnen enkel plaatsgrijpen in een zuur milieu. De oorzaak is dat de OH-groep een slechte leaving group is. Het hydroxoniumion dat aangebracht wordt door het zuur, protoneert de OH-groep in het alkanol: er wordt een alkyloxoniumion (R-OH2+) gevormd. Dit is een zeer sterk elektrofiel (gemakkelijk afsplitsbare vluchtgroep H2O) dat vlot reageert met verschillende nucleofiele reagentia. Na afsplitsing van H2O ontstaat een carbokation waarop een nucleofiel deeltje kan binden. H
H
+
H
O
+
H + CH3
H
C
O
H2O + CH3
H
H H
CH3
C
O
H
H
H
CH3
CH3
+
C + H2O
H -
C + Nu H
H
H carbokation
H
+
O
H H ethyloxoniumion
H +
C
CH3
C
Nu
H THEMA 5: KOOLSTOFVERBINDINGEN
205