Angriff am δ+-Kohlenstoff
Die C–X-Bindung eines Halogenalkans ist polar: Das C-Atom trägt δ+ (5.3.3). Ein Nucleophil (5.3.2) greift dort an und ersetzt das Halogenatom, das als Halogenid-Ion austritt.
- Nucleophil (Nu⁻):Teilchen mit freiem Elektronenpaar, z. B. OH⁻, CN⁻, I⁻, H₂O, NH₃.
- Abgangsgruppe:das austretende Halogenid; je schwächer basisch, desto leichter geht es: I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ ≫ F⁻.
- Elektronenpfeil:beginnt am Elektronenpaar (freies Paar oder Bindung) und zeigt dorthin, wo es hinwandert.
Allgemeine Gleichung: \(\ce{R-X + Nu- -> R-Nu + X-}\), z. B. \(\ce{CH3Br + OH- -> CH3OH + Br-}\)
Baue den Mechanismus mit Elektronenpfeilen: Klicke zuerst auf ein Elektronenpaar (freies Paar oder Bindung), dann auf das Atom, zu dem es wandert (Tastatur: Tab bzw. Pfeiltasten, dann Enter). Wechsle oben zwischen SN2 und SN1.
Halte fest: Bei SN2 entsteht die neue Bindung, während die alte bricht — ein Schritt mit Rückseitenangriff. Bei SN1 löst sich zuerst das Halogenid (langsam), dann greift das Nucleophil das planare Carbokation an (schnell).
Zwei Mechanismen im Vergleich
- SN2 (bimolekular):ein Schritt; Angriff von der Rückseite, Übergangszustand mit fünf Bindungspartnern, Umkehr der Konfiguration (Walden-Umkehr).
- SN1 (monomolekular):zwei Schritte; langsame Heterolyse zum planaren Carbokation, dann schneller Angriff des Nucleophils von beiden Seiten → am Stereozentrum Racemat.
Geschwindigkeitsgesetze: \(v_{\text{SN2}} = k \cdot c(\text{R–X}) \cdot c(\text{Nu}^-)\) \(v_{\text{SN1}} = k \cdot c(\text{R–X})\)
- Primäre Halogenalkane:SN2 — Rückseite frei, primäres Kation zu instabil.
- Tertiäre Halogenalkane:SN1 — Rückseite abgeschirmt, Kation durch drei +I-Gruppen stabilisiert (5.3.5).
- Sekundäre:beide Wege; ein starkes Nucleophil in hoher Konzentration begünstigt SN2, ein polares protisches Lösungsmittel (Wasser) SN1.
- Konkurrenz:Starke Basen bei hoher Temperatur spalten HX ab — Eliminierung zum Alken statt Substitution.
Allgemeine Hinweise
Pfeile zeigen Elektronen
Ein Mechanismuspfeil startet nie an einem Atom oder einer Ladung, sondern immer an einem Elektronenpaar — und endet am Atom, das die Elektronen aufnimmt.
Die 1 heißt nicht „ein Schritt“
SN1 hat zwei Schritte; die 1 bedeutet, dass nur ein Teilchen am geschwindigkeitsbestimmenden Schritt beteiligt ist. SN2 verläuft in einem Schritt mit zwei Teilchen.
Erst das Substrat prüfen
Zählen Sie die Alkylreste am C-Atom mit dem Halogen: primär → SN2, tertiär → SN1, sekundär → Nucleophil und Lösungsmittel entscheiden.