مفاهیم اصلی

در این آموزش با نوع اول آشنا خواهید شد جایگزینی نوکلئوفیلیک واکنش – sn1 – با نگاهی به مکانیسم آن و مرور یک مثال.

موضوعات تحت پوشش در مقالات دیگر

واژگان

• کربوکاتیون: یک یون با کربن با بار مثبت
• خروج از گروه: اتم یا گروهی از اتم ها که در طول واکنش از مولکول جدا می شوند. گروه ترک الکترون ها را می پذیرد، آنها را از پیوند شکسته می گیرد و از آنها برای پر کردن لایه ظرفیت خود استفاده می کند تا به عنوان گونه خنثی ترک کند.
• واکنش جایگزینی هسته دوست: واکنشی شامل یک نوکلئوفیل که جایگزین گروه ترک روی یک مولکول می شود.
• واکنش Sn1: واکنش جانشینی نوکلئوفیلیک که در دو مرحله جداگانه اتفاق می افتد.
• استریوستر: یک اتم (معمولا کربن) با چهار گروه متصل منحصر به فرد.
• مانع استریک: برهمکنش‌های غیرپیوندی بین مولکول‌ها، ناشی از شکل فیزیکی آنها، که بر روش‌های واکنش آنها تأثیر می‌گذارد.

واکنش جانشینی نوکلئوفیل چیست؟

یک واکنش جایگزینی هسته دوست شامل یک مولکول هسته دوست است که جایگزین اتم یا گروه دیگری از اتم ها، به نام گروه ترک، روی یک مولکول می شود. مولکول هسته دوست سرشار از الکترون است که به مولکول بستر حمله می کند. گروه ترک روی مولکول بستر با یک جفت الکترون تازه به دست آمده حرکت می کند. مولکول هسته دوست با مولکول سوبسترا پیوند می خورد. واکنش های جانشینی هسته دوست در شیمی آلی رایج است و به شکل کلی می باشد: Nuc + LG-R → Nuc-R + LG.

این واکنش بسته به نوع واکنش می تواند در یک یا دو مرحله رخ دهد. در این آموزش، نسخه دو مرحله ای این واکنش را مورد بحث قرار خواهیم داد: واکنش sn1.

واکنش جایگزینی هسته دوست Sn1

واکنش sn1 نوعی واکنش جانشینی هسته دوست است که در دو مرحله مجزا و مجزا اتفاق می افتد. در مرحله اول مکانیسم، گروه ترک از مولکول جدا می شود و الکترون ها را از پیوند آن با آن می گیرد. بنابراین، گروه خروجی به عنوان یک گونه خنثی با داشتن یک اکتت کامل خارج می شود. کربن در این فرآیند یکی از الکترون های خود را از دست می دهد و در نتیجه بار مثبت پیدا می کند.

در این مرحله، مولکول الکتروفیل با یک کربوکاتیون باقی می‌ماند و این بار مثبت محلی است که هسته دوست در آن الکترون‌های خود را می‌چسبد و آن را اهدا می‌کند و بار مثبت را خاموش می‌کند تا محصول نهایی بدون بار باقی بماند.

مرحله اول، مرحله تعیین کننده سرعت است، زیرا کندتر از حمله هسته دوست اتفاق می افتد، به این معنی که کل واکنش فقط با سرعت مرحله اول می تواند ادامه یابد. سرعت واکنش sn1 فقط به غلظت مولکول الکتروفیل بستگی دارد و نه به غلظت مولکول هسته دوست.

مکانیسم Sn1

به خصوصیات این مکانیسم توجه کنید: هسته دوست می تواند از هر طرف مولکول نزدیک شود زیرا گروه ترک قبلاً کاملاً ترک کرده است. هسته دوست به کربوکاتیون حمله می کند که از همه طرف به یک اندازه مسدود شده است و در نتیجه دو محصول به یک اندازه محتمل است. با این حال، اگر دو جانشین دیگر (Y و Z) از نظر اندازه متفاوت یا نابرابر باشند، این امر بر استریک‌ها تأثیر می‌گذارد و کمترین مانع را محتمل‌تر می‌کند.

نمونه ای از واکنش sn1

نمودار بالا مکانیسم واکنش sn1 را بین متیل ترت بوتیل اتر و هیدروژن بروماید نشان می دهد. در مرحله اول، اتم اکسیژن در الکتروفیل با هیدروژنی که از HBr جدا شده است پیوند می زند. این به این دلیل است که CH₃O یک گروه ترک ضعیف است، اما CH₃OH یک گروه ترک خوب است. بنابراین، با پیوند اکسیژن با این هیدروژن، گروه ترک بهبود می‌یابد و می‌تواند اولین مرحله واکنش sn1 را انجام دهد و از مولکول جدا شود. الکتروفیل اکنون با یک کربوکاتیون باقی مانده است و Br^–، یک هسته دوست قوی، می تواند “حمله” کند و با آن کربن پیوند ایجاد کند.

بیشتر خواندن