Ethersynthese van Williamson: SN2-mechanisme, partners kiezen en JEE/NEET-vragen
Kort antwoord: Een alkoxide of fenolaat valt een methyl- of primair alkylhalogenide aan in één SN2-stap en geeft een ether: R–O− + R′–X → R–O–R′ + X−. Zet de omvangrijke groep op het alkoxide; tertiaire halogeniden geven in plaats daarvan alkenen (E2).
Wat is de ethersynthese van Williamson?
De Williamsonsynthese is de algemeenste manier om asymmetrische ethers te maken. Examenvragen toetsen bijna altijd één idee: welke combinatie van alkoxide en halogenide werkt, en welke in plaats daarvan een alkeen geeft.
Het sjabloon tekent fenol → anisool in twee stappen. Open het in MolDraw om ethoxide of een ander halogenide te proberen.
De reactie in één oogopslag
| Nucleofiel | Alkoxide (uit ROH + Na of NaH) of fenolaat (uit ArOH + NaOH) |
|---|---|
| Elektrofiel | Methyl- of primair alkylhalogenide / tosylaat |
| Mechanisme | SN2 (aanval van achteren, omkering) |
| Voorbeeld | Fenol + NaOH, daarna CH3I → anisool |
| Mislukt met | Tertiaire halogeniden (E2), arylhalogeniden (geen SN2) |
Mechanisme stap voor stap
- Het alkoxide maken. Fenolen (pKa ≈ 10) worden door NaOH gedeprotoneerd. Alcoholen (pKa ≈ 16) hebben natriummetaal of NaH nodig.
- SN2-aanval. De negatieve zuurstof valt het aan het halogeen gebonden koolstofatoom van de andere kant aan, en het halogenide vertrekt in dezelfde stap. Een stereocentrum op dat koolstofatoom wordt omgekeerd.
Elke stap in het sjabloon is elektron voor elektron gecontroleerd: de gebogen pijlen leveren precies de getekende structuren op. Open het in MolDraw om de pijlen stap voor stap te volgen.
Uitgewerkte voorbeelden
- Fenol → anisool. NaOH, daarna CH3I (of dimethylsulfaat).
- Ethanol → diethylether. Na, daarna C2H5Br.
- tert-Butylmethylether (MTBE). (CH3)3CO−Na+ + CH3Br werkt; CH3O− + (CH3)3CBr geeft in plaats daarvan 2-methylpropeen.
- Intramoleculair: epoxiden en THF. Een halohydrine sluit in base tot een epoxide; 4-chloorbutanol geeft tetrahydrofuraan.
Oefenvragen voor JEE en NEET
V1. De beste manier om tert-butylmethylether te bereiden is:
Antwoord tonen
(CH3)3CONa + CH3Br — SN2 heeft het onbelemmerde methylhalogenide nodig; het tertiaire halogenide zou E2 ondergaan.
V2. Natriummethoxide + tert-butylbromide geeft vooral:
Antwoord tonen
2-Methylpropeen — De sterke base verwijdert een β-H (E2).
V3. Anisool kan worden bereid uit:
Antwoord tonen
Natriumfenolaat + CH3I — Arylhalogeniden ondergaan geen SN2, dus de arylgroep moet op het zuurstofnucleofiel zitten.
V4. Wat gebeurt er met de configuratie van (R)-2-broombutaan met ethoxide in een Williamsonreactie?
Antwoord tonen
Die wordt omgekeerd: (S)-2-ethoxybutaan (met wat eliminatie). — SN2-aanval van achteren.
Veelgemaakte fouten
- De omvangrijke groep op het halogenide zetten — die hoort op het alkoxide.
- Een arylhalogenide als elektrofiel gebruiken.
- Vergeten dat secundaire halogeniden mengsels van ether en alkeen geven.
- NaOH gebruiken om een gewoon alcohol te deprotoneren (het is niet sterk genoeg).
Dit mechanisme bewerken in MolDraw
- Klik op Openen in MolDraw. De editor opent met de hele figuur op het canvas: de totaalreactie, elke genummerde stap en de kernpunten.
- Alles is een gewone structuur. Verander een substituent, kleur atomen opnieuw of verplaats een pijl: de pijlen blijven aan hun atomen vastzitten.
- Download het als PNG, SVG of PDF, of kopieer het naar je aantekeningen of dia's.
- Dezelfde figuur staat in de editor onder Templates → Schemes → Name reactions.
Vragen en antwoorden
Waarom kan di-tert-butylether niet via de Williamsonsynthese worden gemaakt?
Elke combinatie vereist een tertiair halogenide, dat met het sterk basische alkoxide elimineert (E2).
Is de Williamsonsynthese SN1 of SN2?
SN2: één stap, aanval van achteren, omkering van de configuratie op het aangevallen koolstofatoom.
Welke oplosmiddelen zijn het best?
Polaire aprotische oplosmiddelen zoals DMF, DMSO of aceton versnellen de SN2-stap.