6.12: تفاعل S_N1: الآلية

تذكر أنه عندما يتفاعل هاليد ثلاثي في محلول مائي لإعطاء منتج بديل محب للنواة ، فإن الركيزة فقط هي التي تشارك في خطوة تحديد المعدل. تحدث عملية S_N1 أحادية الجزيئات هذه من خلال آلية متعددة الخطوات.

في الخطوة الأولى ، يتأين الهالوألكان من خلال حالة انتقال عالية الطاقة ، مما يولد وسيطا من الكربوهيدرات الثلاثية وأيون هاليد. تسهل القدرة المؤينة للمذيب القطبي ، الماء ، رحيل الهاليد. الانقسام غير المتجانس هو عملية بطيئة وماصة للحرارة عالية مع طاقة تنشيط كبيرة ، مما يجعلها خطوة لتحديد المعدل.

في حالة عدم وجود المذيب ، أي في الطور الغازي ، تكون طاقة التنشيط أعلى بسبعة أضعاف تقريبا.

يتم تثبيت الأيونات الناتجة عن الخطوة الأولى بواسطة جزيئات الماء من خلال الذوبان. الكربوبات المتكونة عبارة عن مادة كهربائية قوية يمكن أن تتفاعل بسهولة مع مادة نووية محايدة ضعيفة مثل الماء - مذيب هذا التفاعل.

في الخطوة الثانية ، يعمل الماء كقاعدة لويس ويتبرع بإلكترونات للكربوهيدرات ، مما يولد نوعا بروتونيا - أيون الأوكسونيوم. نظرا لتشكل رابطة جديدة ، فإن العملية طاردة للحرارة بقوة مع حالة انتقال منخفضة الطاقة.

في الخطوة الثالثة ، يفقد أيون الأوكسونيوم بروتونا في الماء ، والذي يعمل الآن كقاعدة برونستد ، مما ينتج عنه منتجان: كحول ثلاثي بوتيل وأيون الهيدرونيوم.

للتلخيص ، تتكون آلية S_N1 من خطوتين أساسيتين للاستبدال ، وعندما يتم استخدام نوكليوفيل غير مشحون ، يتم تضمين خطوة إضافية لنقل البروتون في النهاية.

يختلف تفاعل S_N1 متعدد الخطوات عن تفاعل S_N2 أحادي الخطوة في أن الرابطة بين ذرة الكربون والمجموعة المغادرة تنكسر قبل الهجوم النووي.

علاوة على ذلك ، بينما يتضمن تفاعل S_N1 حالتين انتقاليتين وحالتين وسيطتين ، فإن تفاعل S_N2 له حالة انتقالية واحدة فقط وليس لها حالة وسيطة.

• S_N1 Reaction – A two-step mechanism involving nucleophilic substitution, mainly in tertiary substrates.
• Exothermic Process– A reaction that releases heat, as in the product formation of S_N1 reaction.
• Endothermic Process – Reaction absorbs energy, as in the substrate ionization in S_N1 reaction.
• Rate-Determining Step – The slowest step in a reaction mechanism, determining rate of overall reaction.
• Tertiary Substrate – A substrate with three groups bonded to the carbon where the reaction occurs.

• Define S_N1 Reaction – Explain single step nucleophilic substitution in tertiary substrates (e.g., S_N1 mechanism, rate-determining step).
• Contrast Exothermic vs Endothermic – Explain key differences in energy absorption and release (e.g., substrate ionization vs. final product formation).
• Explore Reaction Steps – Describe the process from substrate ionization to final product formation (e.g., halide ion solvation, carbocation formation, nucleophile attack).
• Explain Intermediate Formation – Short description of carbocation and oxonium ion.
• Apply in SN1 Reaction Context – Discuss the rate law, reaction speed, and factors influencing the reaction.

• What is the S_N1 reaction and how does it occur in tertiary substrates?
• How do exothermic and endothermic processes feature in S_N1 reaction?
• What is the intermediate formation in S_N1 reaction?

• Chemistry Students – Understand how S_N1 reaction mechanism supports their grasp of organic chemistry.
• Chemistry Educators – Provides a detailed description, aiding in teaching nucleophilic substitution reactions.
• Chemistry Researchers – Relevance for synthetic mechanisms study in organic chemistry.
• Science Enthusiasts – Offers insights into reaction mechanisms and the energy dynamics involved.