Synteza eterów Williamsona: mechanizm SN2, dobór reagentów i pytania JEE/NEET
Krótka odpowiedź: alkoholan lub fenolan atakuje halogenek metylu lub pierwszorzędowy halogenek alkilu w jednym etapie SN2, dając eter: R–O− + R′–X → R–O–R′ + X−. Dużą grupę umieść w alkoholanie; halogenki trzeciorzędowe dają zamiast tego alkeny (E2).
Czym jest synteza eterów Williamsona?
Synteza Williamsona to najbardziej ogólny sposób otrzymywania eterów niesymetrycznych. Pytania egzaminacyjne niemal zawsze sprawdzają jedno: która kombinacja alkoholanu i halogenku działa, a która zamiast tego daje alken.
Szablon przedstawia przemianę fenol → anizol w dwóch etapach. Otwórz go w MolDraw, aby wypróbować etanolan lub inny halogenek.
Reakcja w skrócie
| Nukleofil | Alkoholan (z ROH + Na lub NaH) lub fenolan (z ArOH + NaOH) |
|---|---|
| Elektrofil | Halogenek metylu lub pierwszorzędowy halogenek alkilu / tosylan |
| Mechanizm | SN2 (atak od tyłu, inwersja) |
| Przykład | Fenol + NaOH, następnie CH3I → anizol |
| Nie działa z | Halogenkami trzeciorzędowymi (E2), halogenkami arylowymi (brak SN2) |
Mechanizm krok po kroku
- Otrzymywanie alkoholanu. Fenole (pKa ≈ 10) deprotonuje NaOH. Alkohole (pKa ≈ 16) wymagają metalicznego sodu lub NaH.
- Atak SN2. Ujemnie naładowany tlen atakuje atom węgla związany z fluorowcem od strony przeciwnej, a halogenek odchodzi w tym samym etapie. Centrum stereogeniczne na tym atomie węgla ulega inwersji.
Każdy etap w szablonie jest sprawdzony elektron po elektronie: strzałki prowadzą dokładnie do narysowanych struktur. Otwórz go w MolDraw, aby śledzić strzałki krok po kroku.
Rozwiązane przykłady
- Fenol → anizol. NaOH, następnie CH3I (lub siarczan dimetylu).
- Etanol → eter dietylowy. Na, następnie C2H5Br.
- Eter tert-butylowo-metylowy (MTBE). (CH3)3CO−Na+ + CH3Br działa; CH3O− + (CH3)3CBr daje zamiast tego 2-metylopropen.
- Wersja wewnątrzcząsteczkowa: epoksydy i THF. Halohydryna w środowisku zasadowym zamyka się do epoksydu; 4-chlorobutanol daje tetrahydrofuran.
Zadania ćwiczeniowe JEE i NEET
P1. Najlepszy sposób otrzymania eteru tert-butylowo-metylowego to:
Pokaż odpowiedź
(CH3)3CONa + CH3Br — SN2 wymaga niezatłoczonego halogenku metylu; halogenek trzeciorzędowy uległby E2.
P2. Metanolan sodu + bromek tert-butylu daje głównie:
Pokaż odpowiedź
2-Metylopropen — silna zasada odrywa β-H (E2).
P3. Anizol można otrzymać z:
Pokaż odpowiedź
Fenolan sodu + CH3I — halogenki arylowe nie ulegają SN2, więc grupa arylowa musi być w nukleofilu tlenowym.
P4. Co dzieje się z konfiguracją (R)-2-bromobutanu w reakcji Williamsona z etanolanem?
Pokaż odpowiedź
Ulega inwersji: powstaje (S)-2-etoksybutan (z częściową eliminacją). — atak SN2 od tyłu.
Częste błędy
- Umieszczanie dużej grupy w halogenku — musi być w alkoholanie.
- Używanie halogenku arylowego jako elektrofila.
- Zapominanie, że halogenki drugorzędowe dają mieszaniny eteru i alkenu.
- Używanie NaOH do deprotonacji zwykłego alkoholu (nie jest wystarczająco mocną zasadą).
Edytuj ten mechanizm w MolDraw
- Kliknij Otwórz w MolDraw. Edytor otworzy się z całym rysunkiem na płótnie: reakcją sumaryczną, każdym ponumerowanym etapem i najważniejszymi punktami.
- Wszystko to zwykłe struktury. Zmień podstawnik, przekoloruj atomy lub przesuń strzałkę, a strzałki pozostaną przypięte do swoich atomów.
- Pobierz go jako PNG, SVG lub PDF albo skopiuj do notatek lub slajdów.
- Ten sam rysunek znajdziesz w edytorze w menu Templates → Schemes → Name reactions.
Pytania i odpowiedzi
Dlaczego eteru di-tert-butylowego nie można otrzymać syntezą Williamsona?
Każda kombinacja wymaga halogenku trzeciorzędowego, który z silnie zasadowym alkoholanem ulega eliminacji (E2).
Czy synteza Williamsona przebiega według SN1 czy SN2?
SN2: jeden etap, atak od tyłu, inwersja konfiguracji na atakowanym atomie węgla.
Które rozpuszczalniki są najlepsze?
Polarne rozpuszczalniki aprotyczne, takie jak DMF, DMSO czy aceton, przyspieszają etap SN2.