1. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
קינטיקה-תרמודינמיקה
Kinetics is the field of chemistry that studies the rates of chemical reactions and the factors that affect those rates
A reaction coordinate diagram shows the energy changes that take place in each of the steps of the mechanism
As the reactants are converted into products, the reaction passes through a
maximum energy state called a transition state
4-תגובות התמרה ואלימינציה

2. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
תרמודינמיקה
The field of chemistry that describes the properties of a system at equilibrium is
called thermodynamics
Keq > יותר תוצרים, יציבים יותר
Keq < יותר מגיבים.
Gibbs free-energy change
The symbol ° indicates standard conditions—all species at a concentration of 1 M, a temperature of 25 C°, and a pressure of 1 atm
R = J/(K . mol) = cal/ (K . mol)
T = Kelvin temperature
4-תגובות התמרה ואלימינציה

3. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
תרמודינמיקה
∆Gº is negative, Reaction is exergonic (energy lost by system and released to surroundings),can occur spontaneously.
∆Gº is positive, reaction is endergonic (energy absorbed into system from surroundings),cannot occur spontaneously.
The enthalpy H term is the heat given off or the heat consumed during the course of a reaction. H < 0 exothermic, H > 0 endothermic
Entropy S is defined as the degree of disorder
4-תגובות התמרה ואלימינציה

4. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
קינטיקה-תרמודינמיקה
is called the free energy of activation
Reaction coordinate diagrams for(a) a fast exergonic reaction, (b) a slow exergonic reaction, (c) a fast endergonic reaction, and (d) a slow endergonic reaction
4-תגובות התמרה ואלימינציה

5. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
קינטיקה
תגובה מסדר ראשון. k קבוע קצב. תגובה איטית , k קטן, טמפרטורה עולה, k גדל . מהירות תגובה נמדדת ב- מולאר/שניה למשל.
תגובה מסדר שני
תלות בין קבועי קצב, וקבוע שיווי משקל
4-תגובות התמרה ואלימינציה

6. תוצר ביניים ושלב קובע מהירות
a chemical species that is the product of one step of a reaction and is the reactant
for the next step is called an intermediate
Transition states, in contrast, represent the highest-energy structures that are involved in the reaction
Transition states have partially formed bonds. Intermediates have fully formed bonds
The reaction step that has its transition state at the highest point on the reaction coordinate is called the rate-determining step or rate-limiting step
4-תגובות התמרה ואלימינציה

7. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
אנזימים
Enzyme catalyst changes the mechanism of reaction
to an alternative pathway which proceeds through a series of
smaller steps rather than one or two large steps
אנזימים לא משפיעים על הפרש האנרגיה בין תוצרים למגיבים. הם לא משתנים, וכמותם מזערית [כמות קטליטית]
4-תגובות התמרה ואלימינציה

8. תגובות התמרה ואלימינציה
Substitution reaction—the electronegative group is replaced by another group.
Elimination reaction—the electronegative group is eliminated along with a hydrogen.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

9. תגובות התמרה ואלימינציה
The atom or group that is substituted or eliminated in these reactions is
called a leaving group, alkyl halides have relatively good leaving groups.
Nucleophile
Substance that is “nucleus-loving”, has a negatively polarized electron-rich atom , can form a bond by donating a pair of electrons to a positively polarized, electron-poor atom, may be either neutral or negatively charged
Electrophile
Substance that is “electron-loving”, has a positively polarized, electron-poor atom , can form a bond by accepting a pair of electrons from a nucleophile, may be either neutral or positively charged
4-תגובות התמרה ואלימינציה

10. A Substitution Reaction
More precisely called a nucleophilic substitution reaction because the atom replacing the halogen is a nucleophile.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

11. What is the Mechanism of the Reaction?
The kinetics of a reaction—the factors that affect the rate of the reaction—
can help determine the mechanism.
an SN2 reaction
SN2 :Short for substitution, nucleophilic, bimolecular
4-תגובות התמרה ואלימינציה

12. Relative Rates of an SN2 Reaction
4-תגובות התמרה ואלימינציה

13. Inverted Configuration
If the halogen is bonded to an asymmetric center,
the product will have the inverted configuration.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

14. Summary of the Experimental Evidence
for the Mechanism of an SN2 Reaction
The rate of the reaction is dependent on the concentration of both the alkyl halide and the nucleophile.
The relative rate of the reaction is
primary alkyl halide > secondary alkyl halide > tertiary alkyl halide.
The configuration of the product is inverted compared to the configuration of the reacting chiral alkyl halide.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

15. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
The Mechanism
back-side attack
4-תגובות התמרה ואלימינציה

16. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
Why Bimolecular?
SN2
4-תגובות התמרה ואלימינציה

17. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
Why Back-Side Attack?
העשרה
4-תגובות התמרה ואלימינציה

18. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
If Front-Side Attack
4-תגובות התמרה ואלימינציה

19. Why Do Methyl Halides React the Fastest and Tertiary the Slowest?
steric hindrance
4-תגובות התמרה ואלימינציה

20. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
SN2 -הפרעה סטירית
הפרעה סטירית
4-תגובות התמרה ואלימינציה

21. Why Steric Hindrance Decreases the Rate
4-תגובות התמרה ואלימינציה

22. התקפה מאחורה והיפוך קונפיגורציה
The mechanism of the SN2 reaction when (S)-2-bromobutane reacts with –OH to give (R)-butan-2-ol
The reaction takes place in a single step
Incoming nucleophile approaches from a direction 180º away from the leaving halide ion, thereby inverting the stereochemistry at carbon
4-תגובות התמרה ואלימינציה

23. The Weakest Base is the Best Leaving Group
4-תגובות התמרה ואלימינציה

24. Base Strength and Nucleophile Strength
If atoms are in the same row, the strongest base is the best nucleophile.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

25. Base Strength and Nucleophile Strength
A negatively charged atom is a stronger base and a better nucleophile
than the same atom that is neutral.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

26. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
Polarizability
As you go down a row in the periodic table the larger atoms are more polarizable, so they are better nucleophiles but they are weaker bases.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

27. Ion–Dipole Interactions
Stronger bases form stronger ion–dipole interactions.
Ion–dipole interactions have to be broken before the nucleophile can react.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

28. Base Strength and Nucleophile Strength
F– is the best nucleophile in an aprotic solvent because it is the strongest base.
I– is the best nucleophile in a protic solvent because it more polarizable and it is poorly solvated.
The strongest base is the best nucleophile unless
they differ in size.
they are in a protic polar solvent.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

29. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
DMF and DMSO
ממס פולרי אפרוטי
They can solvate a cation (+) better than they can solvate an anion (–).
4-תגובות התמרה ואלימינציה

30. השפעת ממס על נוקלאופיליות
בממס פולרי אפרוטי, בסיס חזק יותר הוא נוקלאופיל יותר טוב
בממס פולרי פרוטי, הנוקלאופיל היותר טוב, הוא הגדול יותר
ממס פולרי אפרוטי: קוטבי ללא קשרי מימן כמו אצטון CH3COCH3 , DMF, DMSO
פולרי פרוטי: קוטבי עם קשרי מימן, כמו מים וכוהל [ מתנול, אתנול]
בתגובות SN2 שבהן הנוקלאופיל טעון שלילית, ההעדפה היא לממס פולרי אפרוטי
והנוקלאופיל חשוף להתקפה נוקלאופילית
4-תגובות התמרה ואלימינציה

31. Steric Hindrance Decreases Nucleophilicity
Even though the tert-butoxide ion is a stronger base, it is a poorer nucleophile because nucleophilic attack is more sterically hindered than proton removal.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

32. SN2 Reactions Can Be Used to Make a Variety of Compounds
The reactions are irreversible because a strong base displaces a weak base.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

33. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
Synthesizing an Amine
4-תגובות התמרה ואלימינציה

34. A Substitution Reaction
SN1
A tertiary alkyl halide and a poor nucleophile
The reaction is surprisingly fast, so it must be taking place by a different mechanism.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

35. The Rate Depends Only on the Concentration of the Alkyl Halide
an SN1 reaction
SN1: “S” stands for substitution, “N” stands for nucleophilic, and “1” stands for unimolecular. Unimolecular means that only one molecule is involved in the
rate-determining step.
The nucleophile has no effect on the rate of an SN1 reaction
4-תגובות התמרה ואלימינציה

36. Relative Rates of an SN1 Reaction
Generally only tertiary alkyl halides
undergo SN1 reactions.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

37. The Product is a Pair of Enantiomers
If the halogen is bonded to an asymmetric center, the product will be a pair of enantiomers.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

38. Summary of the Experimental Evidence
for the Mechanism of an SN1 Reaction
The rate of the reaction depends only on the
concentration of the alkyl halide.
2. Tertiary alkyl halides react the fastest.
3. If the halogen is attached to an asymmetric center
the product will be a pair of enantiomers.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

39. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
The Mechanism
SN1
The leaving group departs before the nucleophile approaches.
Most SN1 reactions are solvolysis reactions; the nucleophile is the solvent.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

40. SN1 The Slow Step is Formation of the Carbocation
שני שלבים:
בשלב הראשון מתקבל תוצר ביניים-קרבוקטיון
Tertiary alkyl halides react the fastest; they form the most stable carbocations.
Secondary and primary alkyl halides do not undergo SN1 reactions.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

41. Why a Pair of Enantiomers?
4-תגובות התמרה ואלימינציה

42. Why More Inverted Product
העשרה
4-תגובות התמרה ואלימינציה

43. The Front Side is Partially Blocked
העשרה
4-תגובות התמרה ואלימינציה

44. The Weakest Base is the Best Leaving Group
4-תגובות התמרה ואלימינציה

45. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
SN1- ממס פולרי פרוטי
SN1 reactions take place much more rapidly in polar solvents such as water and methanol
4-תגובות התמרה ואלימינציה

46. Benzylic and Allylic Halides Undergo SN2 Reactions
4-תגובות התמרה ואלימינציה

47. Benzyl and Phenyl Groups
4-תגובות התמרה ואלימינציה

48. Benzylic and Allylic Halides Undergo SN1 Reactions
4-תגובות התמרה ואלימינציה

49. Vinylic and Aryl Halides Cannot Undergo SN2 Reactions
4-תגובות התמרה ואלימינציה

50. Vinylic and Aryl Halides Cannot Undergo SN1 Reactions
4-תגובות התמרה ואלימינציה

51. Comparing SN2 and SN1 Reaction
4-תגובות התמרה ואלימינציה

52. Summary of Alkyl Halide Reactivity
4-תגובות התמרה ואלימינציה

53. Intermolecular versus Intramolecular SN2 Reactions
4-תגובות התמרה ואלימינציה

54. The Intramolecular Reaction is Favored When
a Five- or Six-Membered Ring Can Be Formed
4-תגובות התמרה ואלימינציה

55. Methylation by a Chemist
4-תגובות התמרה ואלימינציה

56. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
Methylation by a Cell
העשרה
4-תגובות התמרה ואלימינציה

57. Nordrenaline to Adrenaline
Norepinephrine and epinephrine are hormones that are released into the bloodstream in response to stress. Epinephrine is the more potent hormone of the two
Control Glycogen metabolism
4-תגובות התמרה ואלימינציה

58. One Phospholipid is Converted to Another Phospholipid
4-תגובות התמרה ואלימינציה

59. Substitution and Elimination Reactions
Alkyl Halides Undergo
Substitution and Elimination Reactions
In an elimination reaction, a halogen is removed from one carbon
and a hydrogen is removed from an adjacent carbon.
A double bond is formed between the two carbons
from which the atoms were removed.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

60. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
An E2 Reaction
E2 reaction: “E” stands for elimination and “2” stands for bimolecular
4-תגובות התמרה ואלימינציה

61. Mechanism for an E2 Reaction
4-תגובות התמרה ואלימינציה

62. The Halogen Comes off the Alpha Carbon;
the Hydrogen Comes off the Beta Carbon
תגובה חד שלבית, אין תוצר ביניים
dehydrohalogenation
4-תגובות התמרה ואלימינציה

63. The Weakest Base Is the Best Leaving Group
4-תגובות התמרה ואלימינציה

64. 4-תגובות התמרה ואלימינציהE2
E מקביל ל-טרנס,
Z מקביל ל-ציס
The major product is the most stable alkene.
The Zaitsev Rule
The most stable alkene is (generally) obtained by removing a hydrogen
from the beta carbon that is bonded to the fewest hydrogens.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

65. Has the More Stable Transition State
The More Stable Alkene
Has the More Stable Transition State
4-תגובות התמרה ואלימינציה

66. Alkene-Like Transition State
4-תגובות התמרה ואלימינציה

67. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
More E2 Reactions
4-תגובות התמרה ואלימינציה

68. Relative Reactivities of Alkyl Halides in an E2 Reaction
4-תגובות התמרה ואלימינציה

69. The More Stable Alkene is Not the Major Product
A sterically hindered alkyl halide and a sterically hindered base forms the less stable alkene (another exception to Zaitsev’s rule).
4-תגובות התמרה ואלימינציה

70. Anti Elimination is Preferred
1. Anti requires the molecule to be in a staggered conformation.
2. Back-side attack achieves the best overlap of interacting orbitals.
3. It avoids repulsion of the electron-rich base with the electron-rich leaving group.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

71. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
When Only One Hydrogen is Bonded to the β-Carbon, the Major Product of an E2 Reaction Depends on the Structure of the Alkene
4-תגובות התמרה ואלימינציה

72. E2 Elimination from Six-Membered Rings
Both groups being eliminated must be in axial positions.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

73. H and Cl Must Both Be Axial
4-תגובות התמרה ואלימינציה

74. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
An E1 Reaction
4-תגובות התמרה ואלימינציה

75. The Mechanism for an E1 Reaction
4-תגובות התמרה ואלימינציה

76. How Does a Weak Base (Like Water) Remove a Proton From an sp3 Carbon?
העשרה
1. The presence of the positive charge greatly reduces the pKa.
2. Hyperconjugation weakens the C—H bond by draining electron density.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

77. 4-תגובות התמרה ואלימינציהE1
The major product is the more stable alkene.
The most stable alkene is obtained by removing a hydrogen
from the beta carbon that is bonded to the fewest hydrogens.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

78. The More Stable Alkene is the Major Product
4-תגובות התמרה ואלימינציה

79. The Weakest Base is the Best Leaving Group
4-תגובות התמרה ואלימינציה

80. The Reactivity of Alkyl Halides in Elimination Reactions
4-תגובות התמרה ואלימינציה

81. Summary of Stereochemistry
4-תגובות התמרה ואלימינציה

82. Alkyl Halides in SN2 and E2 Reactions
4-תגובות התמרה ואלימינציה

83. Under SN2/E2 Conditions Primary Alkyl Halide = Primarily Substitution
4-תגובות התמרה ואלימינציה

84. Steric Hindrance Favors Elimination
4-תגובות התמרה ואלימינציה

85. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
Under SN2/E2 Conditions Secondary Alkyl Halide = Substitution and Elimination
Substitution is favored by a weak base.
Elimination is favored by a strong base.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

86. A High Temperature Favors Elimination
Why? Because elimination has a greater ∆S‡.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

87. Under SN2/E2 Conditions Tertiary Alkyl Halide = Only Elimination
4-תגובות התמרה ואלימינציה

88. 4-תגובות התמרה ואלימינציה
Under SN1/E1 Conditions Tertiary Alkyl Halides Undergo Substitution and Elimination
4-תגובות התמרה ואלימינציה

89. Tertiary (SN1/E1): Substitution is Favored
Tertiary (SN2/E2): Only Elimination
בתנאי SN1 מתקבל גם תוצר E1
4-תגובות התמרה ואלימינציה

90. Summary of the Products Obtained
From Substitution and Elimination Reactions
4-תגובות התמרה ואלימינציה

91. Williamson Ether Synthesis: an SN2 Reaction
4-תגובות התמרה ואלימינציה

92. Forming an Alkoxide Ion
4-תגובות התמרה ואלימינציה

93. Synthesizing Butyl Propyl Ether
4-תגובות התמרה ואלימינציה

94. Synthesizing tert-Butyl Ethyl Ether
The less hindered group should be provided by the alkyl halide.
4-תגובות התמרה ואלימינציה

95. Lesch-Nyhan Syndrome[העשרה]
Hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase (HGPRT)
פגם מולד, בזכרים, דלקת פרקים[ארתריטיס] , פיגור שכלי, התנהגות תוקפנית, פגיעה עצמית. ילדים נושכים את האצבעות שלהם. חוסר באנזים HGPRT מתגלה בתאי עובר על ידי בדיקת מי שפיר.
4-תגובות התמרה ואלימינציה