Реакции элиминирования и нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода: Методическая разработка для проведения занятия

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра общей и биоорганической химии

Обсуждено на заседании кафедры ___________________

Протокол №_____________________________________

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

для проведения занятия со студентами I курса 

лечебного факультета по биоорганической химии

Тема № 6: Реакции элиминирования и нуклеофильного

замещения у насыщенного атома углерода

Время: 3 часа

1. УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:

Сформировать знания о конкурентных реакциях S_N и Е, протекающих в одной молекуле, но на разных реакционных центрах. Выработать у студентов умение прогнозировать реакционную способность спиртов, аминов, тиолов и галогенпроизводных углеводородов в конкурентных реакциях нуклеофильного замещения и элиминирования в зависимости от строения субстрата и типа реагента.

МОТИВАЦИЯ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ:

Конкурентные реакции S_N и Е широко представлены в биологических системах, а также лежат в основе многочисленных промышленных синтезов.

ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНОМУ УРОВНЮ ЗНАНИЙ:

а) электроотрицательность элементов;

б) электронные эффекты заместителей. Электронодонорные и электроноакцепторные заместители;

в) полярность и поляризуемость связей;

г) типы реагентов (нуклеофил). Переходное состояние. Строение карбкатиона и карбаниона. Факторы, влияющие на их стабильность;

д) кислотность и основность органических соединений.

В результате проведения занятия студент должен:

1) знать:

- реакционные центры в молекуле у sp³-гибридного атома углерода, связанного с электроакцепторным заместителем;

- механизм конкурентных реакций нуклеофильного замещения и элиминирования;

- биологические реакции (алкилирование и дегидратация), протекающие по типу S_N и Е

2) уметь:

- находить реакционные центры  у насыщенного атома углерода, связанного с электроакцепторным заместителем в молекулах органических соединений;

- описывать механизмы реакций S_N и Е, протекающие в биологических системах.

2. СВЯЗЬ СО СМЕЖНЫМИ ДИСЦИПЛИНАМИ:

Полученные знания  о конкурентных реакциях, протекающих в одной молекуле, но на разных реакционных центрах потребуются студентам при изучении курсов биохимии, фармакологии.

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ:

3.1 Реакции нуклеофильного замещения в ряду алкилгалогенидов, спиртов, тиолов, аминов.

3.2 Реакции β-элиминирования как наиболее распространенный тип элиминирования, протекающий в живых организмах и приводящий к образованию кратной связи.

4. ХОД ЗАНЯТИЯ:

4.1. Реакции нуклеофильного замещения (S_N)

К конкурентным реакциям у насыщенного атома углерода относятся реакции нуклеофильного замещения и элиминирования.

Конкурентные реакции S_N и Е протекают в одной молекуле, но на разных реакционных центрах. Они протекают с участием нуклеофила у sp³-гибридного атома углерода, связанного полярной связью (σ-связью) с заместителем.

Нуклеофильное замещение при насыщенном атоме углерода характерно для алкилгалогенидов, спиртов, тиолов, аминов.

Введение в насыщенный углеводородный скелет молекулы электроакцепторной группировки Х приводит к перераспределению электронной плотности в молекуле и появлению новых реакционных центров.

В продукте реакции новая связь образуется за счет электронной пары, которую приносит нуклеофил, а к уходящей группе переходят электроны бывшей связи С–Х.

Реакция возможна, т.е. протекает вправо, когда уходящая группа более стабильна, чем нуклеофил, т.е. имеет меньшую энергию по сравнению с атакующим нуклеофилом.

Образование молочной кислоты, протекающей по механизму S_N.

Вначале нуклеофильная частица Y‾ атакует атом углерода с наиболее выгодной стороны (противоположной уходящей группе «атака с тыла»). Разрыв старой связи С–Х и образование новой С–Y происходит синхронно, т.е. образуется переходное состояние (в этой стадии принимают участие две молекулы – реагент и субстрат). Реакция бимолекулярная, скорость реакции зависит от концентрации обоих реагентов. Переходное состояние соответствует максимуму на энергетической кривой.