V tomto videu chci uvést rozdíl mezi myšlenkou nukleofility,
neboli tím, jak je nukleofil silný a bazicitou (zásaditostí).
Rozdíl je velmi jemný, ale vlastně je to velký rozdíl.
Ukáži vám, proč je to matoucí, když se to učíte prvně.
Když jsme studovali Sn2 reakce, měli jste nukleofil s jedním elektronem navíc.
Měl záporný náboj.
Možná jste měli methylový uhlík. Nakreslím ho.
Možná máte vodík mířící vpřed. Pak vodík mířící vzad.
Vodík nahoře.
A zde máte odstupující skupinu.
V Sn2 reakci nukleofil předá elektron tomuto uhlíku.
Uhlík má částečně kladný náboj. Nakreslím to.
Odstupující skupina má částečně záporný náboj,
protože má tendenci nebo je více elektronegativní.
Elektron je předán tomuto uhlíku, když uhlík...
simultálně s tím, elektronegativní odstupující skupina je schopná
vzít si tento elektron od uhlíku.
Když jste hotovi, vypadá to takto.
Máme zde methylový uhlík, kde 1 vodík je vzadu, další je vepředu a 1 je nahoře.
Odstupující skupina je pryč.
Měla zde elektron, ale také si vzala fialový elektron, takže má záporný náboj
a nukleofil předal tento elektron zde, takže je teď vázán k uhlíku.
Důvod, proč jsem to uvedl je, že toto jedná, jako nukleofil.
Miluje jádra.
Odevzdává elektron, který má navíc, ale také jedná, jako Lewisova báze (zásada).
Tady je malé osvěžení.
Lewisova báze, což je nejobecnější...
...myslím, že to pokrývá většinu příkladů toho, co je považováno za bázi.
Lewisova báze je donorem elektronu.
To je přesně to, co se zde děje.
Tento nukleofil daruje elektron uhlíku. Takže se chová, jako Lewisova báze.
Když toto vidíte poprvé...
...proč si chemici dělají tu bolest a definují něco, jako nukleofil?
Proč tomu neříkají báze?
Proč jsou 2 odlišné koncepty nukleofility a bazicity?
Rozdíl je v tom, že nukleofilita je kinetický koncept,
což znamená, jak dobře to reaguje?
Jak rychle reaguje? Kolik energie navíc potřebuje k reakci?
Pokud má něco dobrou nukleofilitu, tak to dobře reaguje.
Neřekne vám to, ale nic o tom,
jak stabilní či netabilní jsou reaktanty předtím a potom.
Pouze vám to řekne, že jsou dobré k vzájemné reakci.
Bazicita (zásaditost) je termodynamický koncept.
Říká vám, jak stabilní jsou reaktanty nebo produkty.
Řekne vám, jak moc by něco mohlo reagovat.
Například, vidíme situaci fluoru. Popřemýšlejme o tom.
Viděli jsme situaci...měl bych říct fluorid, protože fluor vypadá takto.
7 valenčních elektronů fluoru a pak odevzá 1 elektron pryč.
Dostanete fluorid.
Fluorid je prakticky bazický (zásaditý).
Je více bazický než iodid.
Ale v protickém rozpouštědle... ...napíši to zde.
Ale slabší nukleofilita v protickém rozpouštědle.
A protické rozpouštědlo má okolo vodíkové protony.
A důvod, proč je toto fluorid, je ten,
že se chce vázat s uhlíkem nebo či jiným více...nebo dokonce s vodíkovým protonem.
Chce se s ním vázat více, než iodidový anion.
Pokud by se to stalo, vazba by byla mnohem silnější, než by vytvořil iodidový anion.
Fluoridový anion je však méně stabilní v této formě, než iodidový anion.
Pokud by to mělo možnost darovat proton nebo se zbavit elektronu,
bylo by to šťastnější, ale je to méně nukleofilní.
Je to méně vhodné při reakcích v protickém roztoku.
Důvodem, že je méně nukleofilní je to, že zde jsou jiné látky,
které mu brání v reakci.
Ve videu o tom, co dělá dobrý nukleofil, jsme viděli...
...v případě fluoridu, je to proto, že je to velmi malý atom.
Je to vlastně velmi malý iont, takže je držen velmi blízko.
Elektronový mrak je velmi těsný, takže to dovoluje vodíkům z vody,
aby kolem něj vytvořili velmi těsný obal.
Všechny mají částečně kladné náboje, takže je to přitahuje k zápornému aniontu.
Tvoří velmi těsný obal, čímž chrání fluoridový aniont,
takže je pro něj těžší reagovat v protickém rozpouštědle,
tudíž nereaguje moc dobře.
Pokud by byl schopný reagovat, vytvořil by silnější vazbu, než iodidový aniont.
Toto je velký rozdíl, vidíme rozdíl v trendech.
U bazicity nezáleží na použitém rozpouštědle.
Je to termodynamická vlastnost molekuly nebo atomu aniontu.
Pokud se díváte čistě na bazicitu, tak nejsilnější bází je...
...napíši zde hydroxid.
Běžně je to něco, jako hydroxid sodný nebo hydroxid draselný,
ale pokud ho rozpustíte v něčem, podobném vodě, tak se sodík a hydroxid oddělí.
Hydroxid se poté chová jako báze, čili chce darovat elektron.
Hydroxid je mnohem silnější báze než fluorid,
který je silnější bází než chlorid, který je silnější báze, než bromid,
který je silnější báze než iodid.
Když se nyní podíváte na nukleofilitu, tak vidíte rozdíl.
Viděli jsme co dělá rozpouštědlo, protože rozpouštědlo ovlivňuje to,
jak dobře něco reaguje.
U nukleofility je rozdíl mezi protickým a aprotickým rozpouštědlem.
V protickém rozpouštědle je sloučenina s nejlepší nukleofilitou iodid,
protože mu není tolik bráněno těmito vodíkovými můstky.
Nemá těsný obal.
Má tento velký molekulární mrak a někteří lidé si myslí, že má určitou „měkkost".
Má tuto polarizovatelnou schopnost, kde tento mrak může být vtlačen k uhlíku
a udělá, co potřebuje udělat.
V tomto případě je iodid lepším nukleofilem, než hydroxid,
který je lepším nukleofilem než fluorid.
Teď, v aprotickém rozpouštědle, kde interakce s rozpouštědlem
již nejsou tak významné, tak se věci mění.
V této situaci záleží na bazicitě.
V aprotickém rozpouštědle spolu bazicita a nukleofilita korelují.
Vložím zde hvězdičku, protože je zde ještě jeden aspekt nukleofility,
o kterém jsem dosud nemluvil, ale budu o něm mluvit za chvíli.
V tomto typu situace, bude hydroxid lépe reagovat, než fluorid,
který bude reagovat lépe než iodid.
A důvod, proč je hydroxid lepší v obou případech je...
Myslím i v případě, kdy může reagovat s rozpouštědlem
je stále docela dobrým nukleofilem, protože, pokud přemýšlíte nad hydroxidem
...a já o něm přemýšlím hodně...
tak má elektron navíc.
Pokud nad tím uvažujete, můžete si představit, že voda vezme...
...nakreslím to takto.
Můžete si představit, že je to voda, kde je zanechán proton
nebo odkud je odebrán elektron z protonu.
Běžně byste měli 2 páry, teď tu máte 3 volné elektronové páry.
Tento kyslík má 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 valenčních elektronů
o 1 více než neutrální kyslík, takže má záporný náboj.
Už má elektron navíc, který mu uděluje záporný náboj,
ale kyslík je elektronegativnější než vodík,
takže je schopen dostat tento elektron.
Je to velmi bazická molekula.
Dokonce i když může být trochu rušena protickým prostředím, jako voda,
tak je stále lepším nukleofilem, než fluorid.
Pokud z obrázku odstraníte rozpouštědlo, tak je to super silná báze.
Je to také opravdu velmi dobrý nukleofil.
A nyní, poslední aspekt nukleofility.
Vzpomeňte, že nukleofilita je, jak dobře něco reaguje.
Představte si, že zde něco máme.
Máme 2 molekuly hydroxidu.
Řekněme, že tento jeden je přímo hydroxid.
A řekněme, že tento je ješte obklopený jiným řetězcem.
Řekněme, že to má velký řetězec jednotek. Nevím, ale jakých.
Pokud se podíváte na tyto 2 molekuly
a pokud se pokusíte odhadnout, která z nich je lepším nukleofilem,
měli byste si vzpomenout, že nukleofilita je, jak dobře něco reaguje,
jak dobře se to dostane do místa reakce a jak se ta odehraje.
Tento anion má kolem sebe velkou molekulu.
Bude to velmi obtížné, pokud se vrátíte k těmto okolnostem,
tak to bude velmi obtížné, aby se tato molekula dostala sem.
Hovoříme o sterické zábraně z pohledu uhlíku,
ale nemůžeme o ní mluvit z pohledu nukleofilu.
Pro nukleofil zde, může být obtížné předat elektron, který má navíc, cílovému jádru.
Bude mu bráněno.
Zatímco v této situaci, to bude mnohem jednodušší,
když skupina, která reaguje, tento kyslík, který má záporný náboj,
tento elektron navíc, je v určité rovině poměrně rovnocenný.
Ale zde je mnohem menší molekula.
Bude méně krytá a více přístupná. Takže to bude lepší nukleofil.
A to je důvod, proč nechci dělat nekompromisní prohlášení,
že v aprotickém roztoku, bazicita a nukleofilita kompletně korelují,
protože nukleofilita má stále jiný prvek, jak je kryta.
Je to v prostředí nebo je to část molekuly, která jí nedovolí reagovat,
dokonce i když by to byla silná báze.
Pokud by vytvořila vazbu, byla by velmi silná.
Velkou myšlenkou je to, že jsou zde 2 základní koncepty,
a proto jsou zde 2 rozdílné termíny.
Nukleofilita, čili jak dobře to reaguje, ale neříká nic o tom,
jak dobrá je výsledná vazba.
Bazicita je, jak dobrá je vazba.
Jak moc to chce reagovat, ale neřekne, jak dobrá je při reakcích.