Organikum Organisch-chemisches Grundpraktikum

222 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom
2.3. Zur Regioselektivität ambifunktioneller Nucleophile
Einige nucleophile Reagenzien besitzen nicht nur ein reaktives Zentrum, sondern zwei (oder
mehrere) reaktive Positionen. Sie werden deshalb als ambifunktionell oder ambident bezeichnet.
Sie liefern je nach Reaktionsbedingungen und Struktur des Substrates RX unterschiedliche
Produkte, z. B.:
X 0 + R-O-N=O O=N-QI 0 + R-X R-W + X 0 [2.31]
SalpetrigsDure- Nitroester
Verbindung
(Z) © 0 0 O
X + R-NECI IC=NI + R-X R-C=NI + X [2.32]
Isocyanid Nitril
X 0 + R-N=C=S - IN=C-SI 0 + R-X R-S-C=N + X° [2.33]
Isothiocyanat Thiocyanat
(Senföl) (Rhodanid)
\ P^ \ / u/v " \
X 0 + C=C - C=C -i- R-X - R-C-C' + X 0 [2.34]
/ \ / \ / \
O-Alkylprodukt C-Alkylprodukt
(Enolether) (vgl. 7.4.2.1)
Das Verhältnis der beiden Isomeren hängt vom Lösungsmittel und vom Reaktionstyp (und
damit vom Substrat RX) ab, vor allem aber davon, ob die Umsetzung ladungs- oder orbitalkontrolliert
verläuft (vgl. C.6.).
a) Der Lösungsmitteleinfluß auf die Regioselektivität bei SN-Reaktionen ambidenter Reagenzien beruht
darauf, daß die Solvatation und damit die Nucleophilie der beiden Positionen in verschiedenen Lösungsmitteln
unterschiedlich sein kann. So ist in aprotonischen Lösungsmitteln die Position mit der höheren
Ladungsdichte gewöhnlich das stärker basische der beiden Zentren und reagiert bevorzugt mit RX.
In protonischen Lösungsmitteln, und zwar zunehmend mit deren H-Acidität, ist dieses Zentrum
jedoch über Wasserstoffbrücken stärker solvatisiert und seine Nucleophilie erniedrigt, so daß besonders
in den stark H-aciden Lösungsmitteln (Phenol, Trifluorethanol) die Reaktion am weniger solvatisierten
und damit nucleophileren weicheren Zentrum eintritt.
Ein typisches Beispiel ist die SN2-Reaktion von Phenolat (das dem Enolat in [2.34] entspricht) mit
Allylbromid. Im aprotonischen Ethylenglycoldimethylether und in den schwach aciden protonischen
Lösungsmitteln Methanol (pKHA 16) und Wasser (pKHA 15,7) entstehen 100 % Allylphenylether
(0-Allyl-produkt), während im stärker aciden Phenol (pKHA 10) 77 % o- und p-Allyl-phenol (C-AHyIprodukt)
und nur 23 % Allylphenylether gebildet werden.
b)In einem gegebenen aprotonischen Lösungsmittel hängt die Regioselektivität außerdem vom Substrat
R-X ab. So liefert z. B. die Alkylierung von Propiophenonenolat mit R-X in HMPT die folgenden Mengen
an O-Alkylprodukt: R-115 %, R-Br 40 %, R-Cl 67 %, R-OTs 85 %. Die Reaktion folgt in allen
Fällen dem SN2-Mechanismus. Diese Abstufung der Reaktivität läßt sich im Rahmen des HSAB-Konzepts
erklären: Im ambidenten Enolat ist das Sauerstoffatom ein „hartes 44 , das ß-Kohlenstoffatom dagegen
ein „weiches" Zentrum. Auf der anderen Seite hängt die Härte des a-Kohlenstoffatoms im Substrat
R-X vom Substituenten X ab. Alkyliodide und -bromide haben ein „weiches" Reaktionszentrum, Alkylchloride
und -tosylate dagegen ein „hartes" Reaktionszentrum. Da stets die Reaktionsrichtung „hart"-
„hart" bzw. „weich"-„weich" gegenüber der Kombination „hart"-„weich" bevorzugt ist, lassen sich die
beobachteten Regioselektivitäten zwanglos interpretieren: