Получите этанол и этилен с хлорэтана.

Алгоритм решения. В молекуле хлорэтана есть полярная ковалентная связь , в связи с чем во время атаки нуклеофильним реагентом (анионом, например, и другими) возможен ее гетеролитический разрыв и замещения одного нуклеофила другим, т.е. в данном случае возможная реакция нуклеофильного замещения – S_N реакция. Источником OH^- ионов является водный раствор KOH .

Уместно будет предположить, что эта реакция должна протекать за ионным механизмом. Однако не всегда отдельные стадии реакции бывают разграниченные достаточно четко. Во время трактования механизмов реакций часто используют понятие "переходное состояние" (активированный комплекс), который характеризуется тем, что промежуточный продукт реакции имеет схожесть как с исходным веществом, так и с продуктом реакции.

При действии на галогенуглеводородные водного раствора щелочей гидроксильный ион атакует положительно заряженный атом углеводорода со стороны, противоположной отрицательному атому галогена:

Активированный комплекс или переходное состояние

При наличии достаточной энергии ион OH^- приближается на такое расстояние, при котором между ним и атомом углерода начинает образовываться связь, а между атомом углерода и галогеном связь ослабляется. В активированном комплексе, который образовался, атом углерода находится в состоянии sp²-гибридизации и этот комплекс имеет плоскостное строение. Потом связь между углеродом и галогеном разрывается и образуется спирт. Реакция протекает в мягких условиях в связи с тем, что Cl^- более стабильный, чем OH^- ион, который вступает в реакцию, т.е. относится к группам, которые легко отходят. На основе S_N реакций с помощью галогенпроизводных получают гормон адреналин, сосудосуживающий препарат эфедрин, спазматическое средство тетамон, природные α-гидроксикислоти и другие вещества, которые принимают участие в процессах жизнедеятельности.

Конкурирующими по отношению к S_N реакциям есть реакции элиминирования (отщепления), что обозначают E-реакции. Так, при действии на алкилгалогениды спиртового раствора щелочи происходит отщепление галоген водорода и образовываются ненасыщенные углеводороды. В этом случае нуклеофил, который в то же время является сильной основой, атакует атом водорода в β-углеродного атома, на котором из-за –I-эффекта галогена также возникает частичный положительный заряд (С-Н-кислотность). Реакция протекает через стадию образования активированного комплекса.

Задача № 2. Получите адреналин из нон адреналина іn vіtro.

Алгоритм решения. В основе процесса лежит S_N реакция, которая протекает через стадию образования переходного состояния. Поскольку к молекуле нонадреналина входит алкильний радикал, реакция называется алкилированием. В качестве алкилирующих средств используют галогенпроизводные углеводородов. В нашем случае это йодистый метил.

Норадреналин

Адреналин

Задача № 3. Опишите механизм реакции образования хлорэтила (местного обезболивающего) конкурентную ей реакцию элиминирования.

Алгоритм решения. У S_N реакциях спиртов гидроксильная группа может быть замещена нуклеофилом, например, галогеном. Реакция нуклеофильного замещение осуществляется только при условии, что ион или молекула, которая отходит, более стабильная, чем та, что вступает. Так как OH^- ион менее стабильный, чем Cl^-, необходим кислотный катализ, вследствие чего OH^- ион, который тяжело отходит, превращается в молекулу H₂O, которая легко отходит. В этом случае на первой стадии происходит присоединение протона за счет неподелимой пары электронов атому кислорода:

Оксониевое основание, которое образовалось, находится в равновесии с карбкатином:

который стабилизируется за счет взаимодействия с нуклеофильною частицей Cl^- ионом:

В организме замещения спиртовой гидроксильной группы осуществляется через стадию преобразования в эфиры фосфорной, дифосфорной или трифосфорной кислот, так как эфиры этих кислот - группы, которые легко отходят:

Как и в галогенпроизводных, у спиртов реакции нуклеофильного замещения конкурируют с реакциями элиминирования. Так, во время нагревания спирта с концентрированной серной кислотой происходит дегидратация и образуется этиленовые углеводороды: