Nukleophile SubstitutionsreaktionenBearbeiten

Nukleophile Substitutionsreaktionen (SN1 und SN2) sind sehr eng mit den E1- und E2-Eliminierungsreaktionen verwandt, die später in diesem Abschnitt besprochen werden, und es ist im Allgemeinen eine gute Idee, die Reaktionen zusammen zu lernen, da es Parallelen im Reaktionsmechanismus und bei den bevorzugten Substraten gibt und die Reaktionen manchmal miteinander konkurrieren.

Es ist wichtig zu verstehen, dass Substitutions- und Eliminationsreaktionen nicht mit einer bestimmten Verbindung oder einem bestimmten Gemisch in Verbindung gebracht werden, sondern dass sie vielmehr eine Darstellung dessen sind, wie bestimmte Reaktionen ablaufen. Manchmal können Kombinationen dieser Mechanismen zusammen in derselben Reaktion auftreten oder miteinander konkurrieren, wobei Einflüsse wie die Wahl des Lösungsmittels oder des Nukleophils ausschlaggebend dafür sind, welche Reaktion dominieren wird.

Anmerkung

In der Schreibweise SN1 und SN2 steht

S für Substitution (etwas nimmt den Platz von etwas anderem ein)
N: steht für nukleophil (ein Nukleophil verdrängt ein anderes Nukleophil)
1: steht für unimolekular (die Konzentration von nur einer Art von Molekülen bestimmt die Geschwindigkeit der Reaktion)
2: steht für bimolekular (die Konzentration von zwei Arten von Molekülen bestimmt die Geschwindigkeit der Reaktion)

Bei der nukleophilen Substitution greift ein Nukleophil ein Molekül an und nimmt den Platz eines anderen Nukleophils ein, das dann austritt. Das Nukleophil, das das Molekül verlässt, wird als Abgangsgruppe bezeichnet.

Nukleophile Substitutionen erfordern

1. ein Nukleophil (z. B. eine Lewis-Base)
2. ein Elektrophil mit einer Abgangsgruppe

Eine Abgangsgruppe ist eine geladene oder neutrale Einheit (Gruppe), die sich löst.

SN1 vs. SN2Bearbeiten

Einer der Hauptunterschiede zwischen SN1 und SN2 besteht darin, dass die SN1-Reaktion eine zweistufige Reaktion ist, die durch die Abspaltung der Abgangsgruppe eingeleitet wird. Die SN2-Reaktion hingegen ist eine einstufige Reaktion, bei der das angreifende Nukleophil aufgrund seiner höheren Affinität und stärkeren Bindung an den Kohlenstoff die Abgangsgruppe zur Abspaltung zwingt. Diese beiden Vorgänge laufen in einem einzigen Schritt ab.

Diese beiden unterschiedlichen Mechanismen erklären den Unterschied in den Reaktionsgeschwindigkeiten zwischen SN1- und SN2-Reaktionen. SN1-Reaktionen sind davon abhängig, dass sich die Abgangsgruppe vom Kohlenstoff abspaltet. Dies ist der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt und somit ist die Reaktionsgeschwindigkeit eine Reaktion erster Ordnung, deren Geschwindigkeit nur von diesem Schritt abhängt.

R a t e = k {\displaystyle Rate=k}

Alternativ dazu ist bei SN2-Reaktionen der einzige Schritt, bei dem das Nucleophil mit dem Reaktanden von der gegenüberliegenden Seite der Abgangsgruppe zusammenkommt, der Schlüssel zur Reaktionsgeschwindigkeit. Daher ist die Geschwindigkeit sowohl von der Konzentration des Nukleophils als auch von der Konzentration des Reaktanten abhängig. Je höher diese beiden Konzentrationen sind, desto häufiger kommt es zu Zusammenstößen. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist also eine Reaktion zweiter Ordnung:

R a t e = k {\displaystyle Rate=k} (wobei Nu: das angreifende Nukleophil ist)

SN2-ReaktionenBearbeiten

Es gibt hauptsächlich 3 Dinge, die beeinflussen, ob eine SN2-Reaktion stattfindet oder nicht. Am wichtigsten ist die Struktur. Das heißt, ob sich das Alkylhalogenid an einem Methyl-, Primär-, Sekundär- oder Tertiärkohlenstoff befindet. Die beiden anderen Komponenten, die bestimmen, ob eine SN2-Reaktion stattfindet oder nicht, sind die Nukleophilie des Nukleophils und das bei der Reaktion verwendete Lösungsmittel.

Reaktivität aufgrund der Struktur von SN2

CH3X > RCH2X > R2CHX >> R3CX

Die Struktur des Alkylhalogenids hat einen großen Einfluss auf den Mechanismus. CH3X & RCH2X sind die bevorzugten Strukturen für SN2. R2CHX kann unter den richtigen Bedingungen (siehe unten) eine SN2-Reaktion eingehen, und R3CX ist selten, wenn überhaupt, an SN2-Reaktionen beteiligt.

Die Reaktion findet statt, indem das Nukleophil von der gegenüberliegenden Seite des Bromatoms angreift. Beachten Sie, dass die anderen 3 Bindungen alle vom Brom weg und zum angreifenden Nukleophil hin gerichtet sind. Wenn es sich bei diesen 3 Bindungen um Wasserstoffbrückenbindungen handelt, ist das sterische Hindernis für das angreifende Nucleophil sehr gering. Mit zunehmender Anzahl der R-Gruppen nimmt jedoch auch die sterische Behinderung zu, so dass es für das Nucleophil schwieriger wird, nahe genug an den α-Kohlenstoff heranzukommen, um das Bromatom abzustoßen. Tertiäre Kohlenstoffe (R3CX) sind sogar so sterisch gehindert, dass der SN2-Mechanismus überhaupt nicht stattfinden kann.

Im Falle dieses Beispiels, einem sekundären α-Kohlenstoff, gibt es immer noch eine große sterische Hinderung, und ob der SN2-Mechanismus stattfindet, hängt ganz davon ab, was das Nukleophil und das Lösungsmittel sind. SN2-Reaktionen werden bevorzugt bei Methylhalogeniden und primären Halogeniden durchgeführt.

Ein weiterer wichtiger Punkt, der im obigen Beispiel deutlich wird, ist die Tatsache, dass das Molekül während einer SN2-Reaktion eine Inversion durchläuft. Die an den α-Kohlenstoff gebundenen Bindungen werden bei der Annäherung des Nukleophils weggedrückt. Während des Übergangszustands werden diese Bindungen planar mit dem Kohlenstoff, und wenn das Brom das Molekül verlässt und das Nukleophil sich an den α-Kohlenstoff bindet, falten sich die anderen Bindungen vom Nukleophil weg. Dies ist besonders wichtig bei chiralen oder pro-chiralen Molekülen, bei denen eine R-Konfiguration in eine S-Konfiguration umgewandelt wird und umgekehrt. Wie Sie weiter unten sehen werden, steht dies im Gegensatz zu den Ergebnissen von SN1-Reaktionen.

Beispiele:

OH- + CH3-Cl → HO-CH3 + Cl-

OH- ist das Nukleophil, Cl ist das Elektrophil, HOCH3 ist das Produkt, und Cl- ist die Abgangsgruppe.

oder,

Na+I- + CH3-Br → I-CH3 + Na+Br-

Bei der obigen Reaktion, die in Aceton als Lösungsmittel stattfindet, dissoziieren Natrium und Iodid fast vollständig im Aceton, so dass die Iodidionen die CH-Br-Moleküle angreifen können. Das negativ geladene Iodid-Ion, ein Nukleophil, greift das Methylbromid-Molekül an, verdrängt das negativ geladene Bromid-Ion und nimmt dessen Platz ein. Das Bromidion ist die Abgangsgruppe.

NukleophilieBearbeiten

Nukleophilie ist die Geschwindigkeit, mit der ein Nukleophil die Abgangsgruppe in einer Reaktion verdrängt. Im Allgemeinen ist die Nucleophilie umso stärker, je größer, polarisierbarer und/oder je weniger stabil das Nucleophil ist. Es wird keine spezifische Zahl oder Maßeinheit verwendet. Unter sonst gleichen Bedingungen werden Nukleophile im Allgemeinen hinsichtlich ihrer relativen Reaktivität miteinander verglichen. So kann beispielsweise ein bestimmtes starkes Nukleophil eine relative Reaktivität von 10.000 im Vergleich zu einem bestimmten schwachen Nukleophil haben. Diese Beziehungen sind allgemeiner Art, da Dinge wie Lösungsmittel und Substrat die relativen Raten beeinflussen können, aber sie sind im Allgemeinen gute Richtlinien dafür, welche Spezies die besten Nukleophile sind.

Alle Nukleophile sind Lewis-Basen. Bei SN2-Reaktionen ist das bevorzugte Nucleophil ein starkes Nucleophil, das eine schwache Base ist. Beispiele hierfür sind N3-, RS-, I-, Br- und CN-.

Alternativ kann auch ein starkes Nucleophil, das gleichzeitig eine starke Base ist, verwendet werden. Wie bereits erwähnt, konkurrieren jedoch manchmal Reaktionsmechanismen, und im Falle eines starken Nucleophils, das eine starke Base ist, konkurriert der SN2-Mechanismus mit dem E2-Mechanismus. Beispiele für starke Nukleophile, die auch starke Basen sind, sind RO- und OH-.

Liste der absteigenden Nukleophilie

I- > Br- > Cl- >> F- > -SeH > -OH > H2O

AbgangsgruppeBearbeiten

Abgangsgruppe ist die Gruppe des Substrats, die abtritt. Im Falle eines Alkylhalogenids ist dies das Halogenidion, das das Kohlenstoffatom verlässt, wenn das Nukleophil angreift. Die Tendenz des Nukleophils, das Kohlenstoffatom zu verlassen, ist

Relative Reaktivität von Abgangsgruppen

I- > Br- > Cl- >> F-

Fluoridionen sind sehr schlechte Abgangsgruppen, da sie sehr stark binden und sehr selten in Alkylhalogenid-Substitutionsreaktionen verwendet werden. Die Reaktivität einer Abgangsgruppe hängt von ihrer Basizität ab, wobei stärkere Basen schlechtere Abgangsgruppen sind.

LösungsmittelBearbeiten

Das Lösungsmittel kann bei SN2-Reaktionen eine wichtige Rolle spielen, insbesondere bei SN2 mit sekundären Alkylhalogenidsubstraten, wo es der entscheidende Faktor für den Mechanismus sein kann. Das Lösungsmittel kann auch einen großen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit von SN2-Reaktionen haben.

Der SN2-Mechanismus wird bevorzugt, wenn das Lösungsmittel ein aprotisches, polares Lösungsmittel ist. Das heißt, ein Lösungsmittel, das polar ist, aber keinen polaren Wasserstoff enthält. Zu den polaren, protischen Lösungsmitteln gehören Wasser, Alkohole und allgemein Lösungsmittel mit polaren NH- oder OH-Bindungen. Gute aprotische, polare Lösungsmittel sind HMPA, CH3CN, DMSO und DMF.

Ein polares Lösungsmittel wird bevorzugt, weil es die Dissoziation des Halogenids von der Alkylgruppe besser ermöglicht. Ein protisches Lösungsmittel mit einem polaren Wasserstoff bildet jedoch einen „Käfig“ aus wasserstoffgebundenem Lösungsmittel um das Nukleophil, was dessen Annäherung an das Substrat behindert.

Relative Reaktivität von Lösungsmitteln

HMPA > CH3CN > DMF > DMSO >> H2O

SN1-ReaktionenBearbeiten

Der SN1-Mechanismus unterscheidet sich stark vom SN2-Mechanismus. Bei einigen seiner Vorzüge ist er genau umgekehrt, und in einigen Fällen können die Ergebnisse der Reaktion sehr unterschiedlich sein.

Wie beim SN2-Mechanismus spielt die Struktur beim SN1-Mechanismus eine wichtige Rolle. Die Rolle der Struktur im SN1-Mechanismus ist jedoch eine ganz andere und deshalb ist die Reaktivität der Strukturen mehr oder weniger umgekehrt.

Reaktivität aufgrund der Struktur von SN1

CH3X < RCH2X << R2CHX < R3CX

Der SN1-Mechanismus wird bei tertiären Alkylhalogeniden bevorzugt und kann, je nach Lösungsmittel, bei sekundären Alkylhalogeniden bevorzugt sein. Der SN1-Mechanismus funktioniert nicht bei primären Alkylhalogeniden oder Methylhalogeniden. Um zu verstehen, warum das so ist, sehen wir uns an, wie der SN1-Mechanismus funktioniert.

Oben im Diagramm ist der erste Schritt die spontane Dissoziation des Halogenids vom Alkylhalogenid. Im Gegensatz zum SN2-Mechanismus, bei dem das angreifende Nukleophil die Abspaltung des Halogenids bewirkt, hängt der SN1-Mechanismus von der Fähigkeit des Halogenids ab, sich selbst zu lösen. Dies erfordert bestimmte Bedingungen. Insbesondere die Stabilität des Carbokations ist entscheidend für die Fähigkeit des Halogenids, die Verbindung zu verlassen. Da wir wissen, dass tertiäre Carbokationen am stabilsten sind, sind sie die besten Kandidaten für den SN1-Mechanismus. Und unter geeigneten Bedingungen funktionieren auch sekundäre Carbokationen nach dem SN1-Mechanismus. Primäre und Methylcarbokationen sind jedoch nicht stabil genug, um diesen Mechanismus zu ermöglichen.

Nachdem das Halogenid dissoziiert hat, wirkt das Wasser als Nukleophil, um sich an das Carbokation zu binden. Bei denSN2-Reaktionen kommt es zu einer Umkehrung, da das Nukleophil von der gegenüberliegenden Seite angreift, während das Halogenid noch an den Kohlenstoff gebunden ist. Beim SN1-Mechanismus kann das Wassermolekül von beiden Seiten angreifen, da das Halogenid den Kohlenstoff verlassen hat und die Bindungen des α-Kohlenstoffs planar geworden sind. Dies führt in erster Linie zu einem racemischen Gemisch. Im letzten Schritt wird eines der Wasserstoffatome des gebundenen Wassermoleküls von einem anderen Wassermolekül angegriffen, so dass ein Alkohol entsteht.

Anmerkung: Racemische Gemische bedeuten, dass die Gemischmengen völlig gleich sind, was bei SN1 jedoch selten der Fall ist. Es besteht eine leichte Tendenz zum Angriff von der gegenüberliegenden Seite des Halogenids. Dies ist das Ergebnis einer sterischen Hinderung durch das austretende Halogenid, das manchmal nahe genug an der austretenden Seite liegt, um die Annäherung des Nukleophils von dieser Seite zu blockieren.

SolventEdit

Wie der SN2-Mechanismus wird auch der SN1-Mechanismus durch das Lösungsmittel beeinflusst. Wie bei der Struktur sind die Gründe jedoch unterschiedlich. Beim SN1-Mechanismus wird ein polares, protisches Lösungsmittel verwendet. Die Polarität des Lösungsmittels hängt mit der Dielektrizitätskonstante des Lösungsmittels zusammen, und Lösungen mit hohen Dielektrizitätskonstanten sind besser in der Lage, getrennte Ionen in Lösung zu halten. Bei SN2-Reaktionen waren wir besorgt, dass polare Wasserstoffatome unser Nukleophil „einkesseln“ könnten. Dies geschieht auch bei SN1-Reaktionen mit einem polaren protischen Lösungsmittel, weshalb wir uns darüber keine Sorgen machen? Sie müssen sich den Mechanismus der Reaktion vor Augen halten. Der erste Schritt und, was noch wichtiger ist, der geschwindigkeitsbeschränkende Schritt der SN1-Reaktion ist die Fähigkeit, ein stabiles Carbokation zu erzeugen, indem man das Halogenidanion dazu bringt, die Reaktion zu verlassen. Mit einem polaren protischen Lösungsmittel wird, genau wie mit einem polaren aprotischen Lösungsmittel, ein stabiles Kation erzeugt, aber es sind die polaren Wasserstoffe, die das Halogenidanion stabilisieren und es besser in die Lage versetzen, die Verbindung zu verlassen. Die Verbesserung des geschwindigkeitsbeschränkenden Schritts ist immer das Ziel. Die „Käfighaltung“ des Nukleophils hat nichts mit dem geschwindigkeitsbegrenzenden Schritt zu tun, und selbst in seinem „Käfig“-Zustand ist der zweite Schritt, der Angriff des Nukleophils, so viel schneller als der erste Schritt, dass die „Käfighaltung“ einfach ignoriert werden kann.

ZusammenfassungBearbeiten

SN1, SN2, E1 und E2 sind alles Reaktionsmechanismen, nicht Reaktionen selbst. Es handelt sich um Mechanismen, die bei einer Reihe von verschiedenen Reaktionen verwendet werden. In der organischen Chemie ist es normalerweise das Ziel, ein Produkt zu synthetisieren. In Fällen, in denen es möglicherweise konkurrierende Mechanismen gibt, und das ist vor allem der Fall, wenn eine SN1- und eine E1-Reaktion miteinander konkurrieren, entscheidet der dominierende Mechanismus darüber, was das Produkt ist. Das kann den Unterschied ausmachen, ob man sein Produkt in ein paar Minuten hat oder erst in der nächsten Eiszeit.

Wenn man also eine Synthese für ein Produkt entwirft, muss man sich überlegen: Ich möchte Produkt Y erhalten, welche Möglichkeiten habe ich also, um Y zu erreichen? Wenn du deine Möglichkeiten kennst und dich für eine Reaktion entschieden hast, musst du den Mechanismus der Reaktion in Betracht ziehen und dich fragen, wie ich Bedingungen schaffe, die dafür sorgen, dass die Reaktion korrekt und schnell abläuft?

EliminierungsreaktionenBearbeiten

Nukleophile Substitutionsreaktionen und Eliminierungsreaktionen haben viele gemeinsame Merkmale, außerdem können die E1- und SN1- sowie die E2- und SN2-Reaktionen manchmal miteinander konkurrieren, und da ihre Produkte unterschiedlich sind, ist es wichtig, sie beide zu verstehen. Ohne das Verständnis beider Arten von Mechanismen wäre es schwierig, das gewünschte Produkt aus einer Reaktion zu erhalten.

Außerdem werden die SN1- und SN2-Reaktionen als Vergleich und Kontrast ziemlich oft erwähnt, so dass es wahrscheinlich am besten ist, diesen Abschnitt zuerst zu lesen und dann hier fortzufahren.

Eliminierungsreaktionen sind die Mechanismen zur Bildung von Alkenprodukten aus Halogenalkanreaktanten. E1- und E2-Eliminierungsmechanismen treten im Gegensatz zu SN1- und SN2-Substitutionsmechanismen bei Methylhalogeniden nicht auf, da die Reaktion eine Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen erzeugt und Methylhalogenide nur ein Kohlenstoffatom besitzen.

Anmerkung

In der Schreibweise E1 und E2,

steht E für Eliminierung
1: steht für unimolekular (die Konzentration von nur einer Art von Molekülen bestimmt die Geschwindigkeit der Reaktion)
2: steht für bimolekular (die Konzentration von zwei Arten von Molekülen bestimmt die Geschwindigkeit der Reaktion)

E1 vs. E2Bearbeiten

ReaktionsgeschwindigkeitenBearbeiten

E1 und E2 sind zwei verschiedene Wege zur Bildung von Alkenen aus Halogenalkanen. Wie bei SN1- und SN2-Reaktionen liegt einer der Hauptunterschiede in der Reaktionsgeschwindigkeit, da sie einen guten Einblick in die Mechanismen bietet.

E1-Reaktionen sind wie SN1-Reaktionen zweistufige Reaktionen. Ebenfalls wie bei SN1-Reaktionen ist der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt die Dissoziation des Halogenids von seinem Alkan, so dass es sich um eine Reaktion erster Ordnung handelt, abhängig von der Konzentration des Halogenalkans, mit einer Reaktionsgeschwindigkeit von:

R a t e = k {\displaystyle Rate=k}

Andererseits sind E2-Reaktionen, wie SN2-Reaktionen, 1-stufige Reaktionen. Und wie bei SN2-Reaktionen ist der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt die Fähigkeit eines Nucleophils, sich an das Alkan zu binden und das Halogenid zu verdrängen. Es handelt sich also um eine Reaktion zweiter Ordnung, die von den Konzentrationen sowohl des Nucleophils als auch des Halogenalkans abhängt, mit einer Reaktionsgeschwindigkeit von:

R a t e = k {\displaystyle Rate=k} (wobei Nu: das angreifende Nukleophil ist)

Zaitsev-RegelBearbeiten

Die Zaitsev-Regel (manchmal auch „Saytzeff“ geschrieben) besagt, dass bei einer Eliminierungsreaktion, wenn mehrere Produkte möglich sind, das stabilste Alken das Hauptprodukt ist. Das heißt, das am stärksten substituierte Alken (das Alken mit den meisten Nicht-Wasserstoff-Substituenten) ist das Hauptprodukt.

Sowohl bei der E1- als auch bei der E2-Reaktion entsteht, wenn möglich, ein Gemisch von Produkten, aber im Allgemeinen wird die Zaitsev-Regel befolgt. Wir werden weiter unten sehen, warum E1-Reaktionen zuverlässiger der Zaitsev-Regel folgen und tendenziell ein reineres Produkt erzeugen.

Das obige Bild zeigt zwei mögliche Wege für die Dehydrohalogenierung von (S)-2-Brom-3-Methylbutan. Die beiden möglichen Produkte sind 2-Methylbut-2-en und 3-Methylbut-1-en. Die Bilder auf der rechten Seite sind vereinfachte Zeichnungen des molekularen Produkts, das in den Bildern in der Mitte gezeigt wird.

Wie man auf der linken Seite sehen kann, befindet sich das Brom am zweiten Kohlenstoff und in einer E1- oder E2-Reaktion könnte der Wasserstoff entweder vom ersten oder vom dritten Kohlenstoff entfernt werden. Die Zaitsev-Regel besagt, dass der Wasserstoff vorwiegend vom 3. Kohlenstoff entfernt wird. In der Realität wird ein Gemisch entstehen, aber der größte Teil des Produkts wird 2-Methylbut-2-en beim E1-Mechanismus sein. Bei der E2-Reaktion, wie wir später sehen werden, muss das nicht unbedingt der Fall sein.

E2Bearbeiten

Reaktivität aufgrund der Struktur von E2

RCH2X > R2CHX >> R3CX

Der E2-Mechanismus ist konzertiert und hochgradig stereospezifisch, da er nur stattfinden kann, wenn sich das H und die Abgangsgruppe X in einer antikoplanaren Position befinden. Das heißt, in einer Newman-Projektion müssen sich H und X in einem Winkel von 180° oder in der Antikonfiguration befinden. Dieses Verhalten ergibt sich aus der besten Überlappung der 2p-Orbitale der benachbarten Kohlenstoffe, wenn die pi-Bindung gebildet werden muss. Wenn das H und die Abgangsgruppe aufgrund der Struktur des Moleküls nicht in diese Position gebracht werden können, findet der E2-Mechanismus nicht statt.

Daher können nur Moleküle mit zugänglichen H-X-Anti-Koplanar-Konformationen über diesen Weg reagieren. Außerdem funktioniert der E2-Mechanismus entgegen der Zaitsev-Regel, wenn der einzige antikoplanare Wasserstoff der Abgangsgruppe zum am wenigsten stabilen Alken führt. Ein gutes Beispiel dafür ist, wie Cyclohexan- und Cyclohexenderivate unter E2-Bedingungen funktionieren können.

Betrachten wir das obige Beispiel. Der Reaktant, den wir verwenden, ist 1-Chlor-2-isopropylcyclohexan. Die Zeichnung oben links zeigt eine Konformation, die Zeichnung darunter die Konformation nach einer Ringumdrehung. In der Mitte sind Newman-Projektionen beider Konformationen und die Zeichnungen rechts die Produkte.

Wenn wir annehmen, dass wir das 1-Chlor-2-isopropylcyclohexan mit einer starken Base behandeln, z.B. CH3CH2O- (Ethanolat), ist der dominierende Mechanismus E2. An den Kohlenstoffen neben unserem Chlorkohlenstoff befinden sich 3 Wasserstoffatome. Der rote und der grüne sind zwei von ihnen. Der dritte ist schwer zu erkennen, hängt aber an demselben Kohlenstoff wie der rote Wasserstoff und ist ein wenig von der Ebene abgewinkelt und dem Betrachter zugewandt. Der rote Wasserstoff ist der einzige Wasserstoff, der 180° vom Chloratom entfernt ist und somit als einziger für den E2-Mechanismus in Frage kommt. Aus diesem Grund wird das Produkt nur 3-Isopropylcylcohex-1-en sein. Beachten Sie, dass dies der Zaitsev-Regel widerspricht, die besagt, dass das am stärksten substituierte Alken bevorzugt wird. Nach seiner Regel müsste 1-Isopropylcyclohexen unser Hauptprodukt sein, da dann das am stärksten substituierte Alken übrig bliebe. Es kann jedoch wegen der sterischen Hinderung nicht hergestellt werden.

Die folgenden Bilder zeigen das Molekül nach einer Ringumdrehung. In dieser Konformation ist kein Produkt möglich. Wie man an der Newman-Projektion erkennen kann, gibt es keine Wasserstoffatome, die 180° vom Chloratom entfernt sind.

Wenn man den E2-Mechanismus betrachtet, ist es also wichtig, die Geometrie des Moleküls zu verstehen. Manchmal kann man die Geometrie zu seinem Vorteil nutzen, um bevorzugt ein einziges Produkt zu erhalten. In anderen Fällen wird sie verhindern, dass man das gewünschte Produkt erhält, und man muss einen anderen Mechanismus in Betracht ziehen, um das gewünschte Produkt zu erhalten.

Anmerkung: Oft wird das Wort periplanar anstelle von koplanar verwendet. Koplanar bedeutet genau 180 Grad Abstand und „peri-„, aus dem Griechischen für „nahe“, bedeutet nahe 180 Grad. Periplanar ist vielleicht sogar genauer. Im Fall des 1-Chlor-3-isopropylcyclohexan-Beispiels ist das Chloratom aufgrund der molekularen Kräfte tatsächlich etwas weniger als 180 Grad von der Wasserstoff- und der Isopropylgruppe entfernt, so dass in diesem Fall periplanar der korrektere Begriff sein könnte.

E1Edit

Der E1-Mechanismus beginnt mit der Dissoziation der Abgangsgruppe von einem Alkyl, wobei ein Carbokation an der Alkylgruppe und ein Abgangsanion entstehen. Dies ist die gleiche Art und Weise, wie die SN1-Reaktion beginnt, so dass die gleichen Dinge, die den Schritt in SN1-Reaktionen einleiten, auch den Schritt in E1-Reaktionen einleiten. Insbesondere sekundäre und tertiäre Carbokationen werden bevorzugt, da sie stabiler sind als primäre Carbokationen. Die Wahl des Lösungsmittels ist die gleiche wie bei der SN1-Reaktion; ein polares protisches Lösungsmittel wird bevorzugt, weil der polare Aspekt das Carbokation stabilisiert und der protische Aspekt das Anion stabilisiert.

Was den Unterschied ausmacht, ob die Reaktion den SN1- oder den E1-Weg einschlägt, muss also vom zweiten Schritt abhängen: der Wirkung des Nukleophils. Bei SN1-Reaktionen wird ein starkes Nucleophil, das eine schwache Base ist, bevorzugt. Das Nucleophil greift dann an und bindet an das Carbokation. Bei E1-Reaktionen wird immer noch ein starkes Nucleophil bevorzugt. Der Unterschied besteht darin, dass ein starkes Nucleophil, das gleichzeitig eine starke Base ist, das Nucleophil dazu veranlasst, den Wasserstoff am β-Kohlenstoff anzugreifen, anstatt das α-Carbokation. Das Nukleophil/die Base entzieht dann den Wasserstoff, wodurch die Bindungselektronen einfallen und eine pi-Bindung mit dem Carbokation erzeugen.

Da der Wasserstoff und die Abgangsgruppe in zwei getrennten Schritten verloren gehen und keine Anforderungen an die Geometrie gestellt werden, erzeugt der E1-Mechanismus zuverlässiger Produkte, die der Zaitsev-Regel folgen.