מולקולות במסע פרק ב

מולקולות במסעפרק ב

ידידה גוטליבביה"ס בליך רמת גן

מדריכת כימיה מחוז תל אביב

הכינה ידידה גוטליב

מהו מנגנון?

מודל המתאר את שלבי התגובה צעד אחר •צעד. מראה את הסדר בו נשברים קשרים

במגיבים ונוצרים קשרים בתוצרים.

דוגמא:

•NH3(g) + HCl(g) NH4Cl(s)..

H -- ClH

H

H

H

+

N+ + Cl:̄ :

::

:

::

הכינה ידידה גוטליב

הנחיות לכתיבת מנגנון תגובה)57(עמ'

א. משתמשים בחיצים "מעוגלים"• כדי לתאר תנועת זוגות אלקטרונים בכל

שלב של התגובה.

ב. משרטטים תמיד את החיצים בכוון תנועת• האלקטרונים (מן המוסר אל המקבל).

בזוג אלקטרוניםג. מקפידים להתחיל כל חץ •ולא

באטום אליו הם קשורים.

הכינה ידידה גוטליב

בסיסים וחומצות לואיס)59-61(עמ'הרחבת המושגים חומצה ובסיס

– צורון בעל זוג אלקטרונים לא קושר, בסיס•המסוגל לתרום אותו ליצירת קשר קוולנטי.

– צורון המקבל זוג אלקטרונים.חומצה•

– מעבר זוג אלקטרונים תגובת חומצה בסיס•מהבסיס לחומצה תוך יצירת קשר קוולנטי

ביניהם.עם חומצה Al(OH)3(s) – תגובת 61עמ' 1: ניסוי דוגמא

ובסיס.

הכינה ידידה גוטליב

תגובת התמרה)62 עמ' ? 2(ניסוי

– תגובה התמרה בתרכובות פחמן•במהלכה מוחלפת קבוצה

פונקציונלית אחת, הקשורה לשלד הפחמני בקבוצה פונקציונלית אחרת.

האם לבצע את הניסוי?•

הכינה ידידה גוטליב

64-65עמ' מנגנון תגובת ההתמרה

CH3Cl(g) + OH¯ (aq) CH3OH(l) + Cl¯(aq)

מצב מעבר

נוקליאופיל קב'עוזבת

Nu

היפוך ולדן

הכינה ידידה גוטליב

מצב מעבר)66( היפוך ולדן ומצב מעבר - סדנת מודלים א' עמ'

לצורון במצב המעבר יש את האנרגיה •הפוטנציאלית הגבוהה ביותר.

במצב מעבר הקשרים במגיבים נשברו באופן •חלקי והקשרים בתוצרים נוצרו באופן חלקי.

מצב המעבר אינו יציב. המבנה אינו של •טטראדר.

שניות) ואי 10-12זמן החיים שלו קצר ביותר (כ •אפשר לבודד אותו.

הכינה ידידה גוטליב

גורמים המשפיעים על מהירות תגובת )77 -70(עמ' ההתמרה

)71א. הקבוצה המתקיפה – הנוקלאופיל (השוואה עמ' בסיס לואיס חזק יותרככל שהנוקלאופיל הוא *

הוא יהיה נוקלאופיל טוב יותר.בעל יכולת קיטוב * ככל שהנוקלאופיל יהיה

טובה יותר הוא יהיה נוקלאופיל טוב יותר. עצמי(חוזק הנוקלאופיל נקבע על ידי מהירות תגובת ההתמרה,

)Kb חוזק בסיס נקבע על ידי ב. הקבוצה העוזבת

* קבוצה עוזבת, תעזוב במהירות רבה יותר כאשר אורך הקשר אל

הפחמן יהיה גדול יותר ואנרגית הקשר קטנה יותר.

קבוצה עוזבת גרועה.בדרך כללנוקלאופיל חזק יהיה

הכינה ידידה גוטליב

השוואת פעילות נוקלאופילים ¯CH3Br + Nu: CH3Nu +Brבתהליך

פעילות יחסית

הנוקלאופיל

פעילות יחסית

הנוקלאופיל

25,000CH3O¯1H2OCH3OH

100,000I¯700NH3

125,000CN¯1000Cl¯

125,000HS¯16,000OH¯

הכינה ידידה גוטליב

השוואת פעילות קבוצות עוזבות¯RL + Nu: RNu: +Lבתהליך

פעילות יחסית כקבוצה עוזבת

קבוצה עוזבת

0NH2-פעיל פחות-

-0CH3O-

-0OH-

1F-

200Cl-

10,000Br-

-30,000Iפעיל יותר

הכינה ידידה גוטליב

גורמים המשפיעים על מהירות תגובת ההתמרה (המשך)

ג. השפעת הממס* ממס פרוטי – ממס קוטבי, המורכב ממולקולות בהן אטום

מימן קשור ליסוד בעל אלקטרושליליות גבוהה. יוצר קשרי מימן עם זוגות האלקטרונים הלא קושרים של הנוקלאפיל. סביב הנוקלאופיל נוצרת מעטפת ממס, שמחלישה אותו. תגובת

ההתמרה תהיה איטית יותר * ממס אפרוטי אינו מחליש את הנוקלאופיל ואינו משפיע על

מהירות תגובת ההתמרה.

ד. השלד הפחמימניככל שהשלד הפחמימני מסועף יותר, הנוקלאופיל *

יתקשה להתקיף את הפחמן, עליו נמצאת הקבוצה העוזבת, ותגובת ההתמרה על שלד פחמימני מסועף תהייה איטית

יותר.

הכינה ידידה גוטליב

לתהליך: בממס SN2תלות קצב ראקציות Br- CH3CH2CH2CH2Br + N3

- CH3CH2CH2CH2N3 +

K(solvvent)ממסK(metanol)

CH3OH1פולרי פרוטי

CH3(2SO1300(פולרי אפרוטי

CH3(2NCHO2800(פולרי אפרוטי

CH3CN5000פולרי אפרוטי

הכינה ידידה גוטליב

79ניסוי מבט על שיקוע עמ'

ראשוני

שניוני

שלישוני

הכינה ידידה גוטליב

)78-79 – הצגת תגובה מסדר ראשון (עמ' 3,4( ניסוי SN2תגובה מסדר שני – תגובת •

המגיבים.שניתגובה היא מסדר שני כאשר מהירות התגובה תלויה בריכוז תגובה זו מתבצעת בשלב אחד.

A + B Cהתגובה: v = k[A][B] מהירות התגובה:

SN1 תגובה מסדר ראשון – תגובת

אחדתגובה היא מסדר ראשון כאשר מהירות התגובה תלויה בריכוז המגיבים.

תגובה זו מתרחשת בשני שלבים – שלב איטי ושלב מהיר. A + B Cהתגובה:

v = k[A] מהירות התגובה: במקרה זה רק ריכוז האלקיל הליד משפיע על מהירות התגובה. .81כיצד קובעים סדר תגובה? דוגמא עמ'

מהירות תגובה וסדר תגובה

הכינה ידידה גוטליב

SN1מנגנון תגובת ההתמרה –

יון קרבוניוםתוצר ביניים שלב ראשון

שלב איטי

שלב שנישלב מהיר

הכינה ידידה גוטליב

SN1תגובת ההתמרה – מנגנון שלב א' – יצירת יון קרבוניום •

תוצר ביניים – תוצר של שלב בתגובה המהווה •מגיב בשלב הבא.

שלב ב' – זוג אלקטרונים לא קושרים בנוקלאופיל •מתקיף את יון הקרבונים ויוצר אתו קשר.

במקרים רבים הנוקלאופיל הוא הממס, שנמצא בעודף בתמיסה.

)82-83(דוגמא בשלושה שלבים בספר עמ'

הכינה ידידה גוטליב

יון קרבוניום

.SN1יון קרבוניום - תוצר ביניים בתגובת •

יון קרבוניום יציב יותר ככל שמספר קבוצות •המתיל עליו, רבות יותר. (ענן האלקטרונים על

קבוצת המתיל נמשך למטען החיובי, על הפחמן המרכזי ומפחית את צפיפות המטען

החיובי עליו).

שלב יצירת יון קרבוניום הוא השלב האיטי – •השלב הקובע את מהירות התגובה.

הכינה ידידה גוטליב

SN1תגובת התמרה קבלת אננטיומרים בהתקפת נוקלאופיל על יון

)85(סדנת מודלים ב' עמ' קרבוניום

התוצרים: שני אננטיומרים

(תערובת רצמית)

Xקבוצה עוזבת –

- פחמן *אסימטרי

תוצר בינייםיון קרבוניום מישורי

הכינה ידידה גוטליב

התלידומיד

Rתלידומיד Sתלידומיד

הכינה ידידה גוטליב

גרף אנרגיה כנגד התקדמות התגובהSN2עבור תגובת התמרה

I + C

H3C

HH

Br C

CH3

HH

BrI

I C

HH

CH3

+Br

E

C

CH3

HH

BrI

Transition State (TS)

Reactants

Products

מצב מעבר

תוצרים

מגיבים

הכינה ידידה גוטליב

גרף אנרגיה כנגד התקדמות התגובהSN1עבור תגובת התמרה

)84תרגיל עמ' )

מצב מעבר

מצב מעבר

תוצר ביניים

ה גי

ראנ

תלי

אצי

טנפו

התקדמות התגובה

הכינה ידידה גוטליב

SN2 (I) ל- SN1השוואה בין SN2SN1המאפיינים

סדר שני. מהירות התגובה מושפעת מריכוז החומר המותקף והנוקליאופיל.

סדר ראשון. מהירות התגובה מריכוז החומר רקמושפעת המותקף.

סדר התגובה

שלב אחד. התקפת הנוקליאופיל והתנתקות

הקבוצה העוזבת מתרחשים בו זמנית.

מספר שלבים ברצף. שלב ראשון – יצירת יון קרבוניום,

הוא השלב קובע מהירות.

מנגנון התגובה

מצב מעבר – קשרים חלקיים. לא ניתן לבודד

מצב מעבר.

תוצר ביניים – יון קרבוניום מישורי, פעיל מאד. לעתים

ניתן לבידוד.

"תחנות" שבדרך

תוצר אחד. טטראדר הפוך למקורי. היפוך ולדן.

יתכנו שני תוצרים אננטיומרים כאשר הפחמן

המותקף הוא אסימטרי.

תוצרים

הכינה ידידה גוטליב

SN2 (II) ל- SN1השוואה בין SN2SN1הגורמים המשפיעים

בעיקר שלישוני.ראשוני, שניוני.

לעתים שניוני.

שלד פחמני

בסיס לואיס חלש עדיף על בסיס לואיס

חזק. קבוצה עוזבת גדולה יותר עוזבת טוב

יותר.

בסיס לואיס חלש עדיף על בסיס לואיס חזק. קבוצה עוזבת גדולה

יותר עוזבת טוב יותר.

קבוצה עוזבת

– יון חזקנוקליאופיל שלילי.

– יון שלילי או חלשנוקליאופיל מולקולה.

הנוקליאופיל יהיה בדרך כלל . הממס

הנוקליאופיל המתקיף

ממס אפרוטי – קוטבי אינו מחליש את

הנוקליאופיל.

ממס פרוטי.

ההמסה מייצבת את יון הקרבוניום ומחלישה את הנוקליאופיל.

ממס

הכינה ידידה גוטליב

לתהליך: במימס SN1תלות קצב ראקציות HCl (CH3)3CCl + ROH (CH3)3COR +

פולריות ממס

K(solvvent)K(etanol)

C2H5OH1

40% H2O60% C2H5OH

100

80% H2O20% C2H5OH

14,000

H2O100,000

הכינה ידידה גוטליב

אלקיל הלידים חומרי מוצא בתעשיה

התעשיה מעדיפה תהליכים המתרחשים •בתגובת התמרה מסדר שני ותגובות שאינן

תגובות ש"מ.

האם תגובת התמרה יכולה להתרחש בכיוון •ההפוך?התגובה הישירה של בסיסים שונים. Kbעל פי כאשר חוזק הבסיס של הקבוצה תועדף

העוזבת, בתגובה הישירה, קטן מחוזק הבסיס של הקבוצה העוזבת, בתגובה ההפוכה.

הכינה ידידה גוטליב

כהלים כחומרי מוצא בהתמרה)90(תגובת לוקאס – עמ'

קבוצת הדרוקסיל אינה קבוצה עוזבת טובה.•

מאפשרת את HBrהוספת חומצה כמו •התגובה.

CH3CH2OH + HBr ⇄ CH3CH2OH2+ + Br¯

CH3CH2OH2+ CH3CH2Br + H2O

.. ....

..

..

..

..

....

Br.̄...

.. ..

קבוצת הדרוקסיל אינה קבוצה עוזבת טובה.•

מאפשרת את HBrהוספת חומצה כמו •התגובה.

CH3CH2OH + HBr ⇄ CH3CH2OH2+ + Br¯

CH3CH2OH2+ CH3CH2Br + H2O

....

..

..

..

..

....

..

.. Br¯

קבוצת הדרוקסיל אינה קבוצה עוזבת טובה.•

מאפשרת את HBrהוספת חומצה כמו •התגובה.

CH3CH2OH + HBr ⇄ CH3CH2OH2+ + Br¯

CH3CH2OH2+ CH3CH2Br + H2O

..

..