Reakcja S_N1: kinetyka

Przypomnijmy, że szybkość reakcji S_N2 zależy od stężenia zarówno nukleofilu, jak i substratu. Podczas gdy zwiększona zasadowość nukleofilu zwiększa szybkość reakcji SN2, zwiększona przeszkoda steryczna substratu zmniejsza szybkość reakcji.

To wyjaśnia, dlaczego sterycznie utrudnione halogenki trzeciorzędowe, z dużymi grupami alkilowymi, nie mogą ulec podstawieniu przez mechanizm S_N2, pomimo obecności silnych nukleofilów.

Jednak kiedy Sir Christopher Ingold i Edward D. Hughes badali kinetykę różnych reakcji substytucji w roztworach wodnych, zauważyli, że halogenek trzeciorzędowy, taki jak chlorek tert-butylu, przeszedł alternatywny mechanizm substytucji w celu podania alkoholu tert-butylowego.

W celu zbadania mechanizmu reakcji przeprowadzono najpierw w neutralnym pH o stężeniu jonów wodorotlenkowych 10⁻⁷ M z wodą jako dominującym nukleofilem, a następnie w roztworze wodorotlenku o stężeniu 0,05 M, w którym silniejszy nukleofil wodorotlenkowy był obecny w nadmiernych ilościach.

Wyniki wskazały, że niezależnie od stężenia i charakteru nukleofilów, tempo wytwarzania produktu pozostawało stałe, co sugeruje, że nukleofil nie był zaangażowany w etap determinujący szybkość.

Zamiast tego szybkość reakcji zależała liniowo od stężenia substratu, co wskazuje, że tylko substrat uczestniczy w etapie określania szybkości.

Ponieważ zaangażowana była tylko jedna jednostka chemiczna, mówi się, że molekularność tego etapu jest jednocząsteczkowa. Dlatego reakcja substytucji jest pierwszego rzędu dla halogenku alkilu, rzędu zerowego dla nukleofila i pierwszego rzędu ogółem.

Zasadniczo reakcje, które przebiegają zgodnie z tym mechanizmem, są klasyfikowane jako substytucje, nukleofilowe, 1. rzędu lub w skrócie jako reakcje S_N1.