6.2: Nükleofilik Ortanık Reaksiyonları

Tarihi bakış açısı

1896'da Alman kimyager Paul Walden, saf enantiyomerik (+) ve (-) malik asitleri bir dizi reaksiyonla birbirine dönüştürebildiğini keşfetti. Bu dönüşüm, ortanık reaksiyonu sırasında optik tersinmenin dahil olduğunu gösterdi. Ayrıca, 1930'da Sir Christopher Ingold, ilk kez S_N1 (tek moleküllü nükleofilik ortanık) ve S_N2 (iki moleküllü nükleofilik ortanık) reaksiyonu olarak bilinen iki farklı nükleofilik ortanık reaksiyonu formunu tanımladı.

Nükleofilik ortanık reaksiyonu

"Ortanık" kelimesi Latince "aynı yeri almak" anlamına gelen "substituō" kelimesinden türemiştir. Nükleofilik ortanık reaksiyonları, bir Lewis bazı olan bir nükleofilin bir Lewis asidi olan bir elektrofil ile reaksiyona girdiği reaksiyonlardır. Nükleofil, molekülün karbonuna bağlı halojen atomunu değiştirerek ayrılan grup adı verilen kararlı bir iyonu serbest bırakır. Bu reaksiyon motifleri Lewis asit/baz reaksiyonlarına çok benzer ve çok benzer türleri içerir:

1. Lewis bazına benzeyen, elektron bakımından zengin tür nükleofildir.
2. Lewis asidine benzer elektron eksikliği olan türler elektrofildir.

Genel reaksiyon:

Nükleofilik ortanık reaksiyonunu etkileyen faktörler

Nükleofilik ortanık reaksiyonunun yolunu çeşitli faktörler yönetir:

1. Alt katmanın doğası (birincil, ikincil ve üçüncül alkil halojenürler)
2. Nükleofilin gücü
3. Elektrofilin gücü
4. Ayrılan grubun niteliği
5. Sıcaklık
6. Çözücü (protik ve aprotik çözücü)

Birçok organik kimya reaksiyonu, nükleofilik ikame reaksiyonları da dahil olmak üzere asit veya baz katalizli koşullar altında ilerler.

Hidroklorik asidin sodyum hidroksit ile basit bir asit-baz reaksiyonunu düşünün. Burada hidroksit iyonu elektron açısından zengin bir türdür ve bir Lewis bazı görevi görür. Asidik hidrojeni protondan arındırır, HCl'nin eşlenik bazı olarak su ve klorür iyonları oluşturur.

Şimdi, klorometan ve sodyum hidroksit arasında bir nükleofilik ikame reaksiyonu düşünün. Sodyum hidroksit, nükleofil olarak adlandırılan elektron açısından zengin bileşen olmaya devam eder. Hidroksit iyonu, pK_a değeri 15.7 olan zayıf bir asit olan suyun eşlenik bazıdır. Bu nedenle, güçlü bir eşlenik baz ve güçlü bir nükleofildir.

Klorometan ise birincil bir alkil halojenürdür. Burada elektron eksikliği olan bileşen bir Lewis asidine benzer ve bir elektrofil olarak adlandırılır.

Asit-baz reaksiyonuna benzer şekilde, hidroksit iyonu, yalnız elektron çiftini bağışlayarak ve karbon ile yeni bir bağ oluşturarak elektrofil ile reaksiyona girer.

Eşzamanlı olarak, ayrılan grup olarak adlandırılan klorür ile karbon arasındaki bağ kopar ve klorür iyonu her iki elektronu da beraberinde alarak ayrılır.

Bununla birlikte, nükleofilik bir ikame de farklı bir şekilde ilerleyebilir. Üçüncül bir substrat olan 2-bromo-2-metilpropan ile hem bir çözücü hem de bir nükleofil olarak işlev gördüğü su arasındaki reaksiyonu düşünün. Bir çözücünün bir nükleofil gibi davrandığı bir reaksiyon, solvoliz olarak bilinir.

Polar çözücüde iyonlaşma üzerine, üçüncül substrat ile ayrılan grup arasındaki bağ önce kopar. Ayrılan grup, her iki elektronu da bağdan alarak stabilize bir karbokatyon oluşturur.

İki yalnız çifte sahip olan su, nükleofil görevi görür ve bir oksonyum türü oluşturan elektrofilik karbokatyona bir elektron çifti bağışlar. Deprotonasyonun ardından 2-metilpropan-2-ol oluşur.

Fakat reaksiyon mekanizmasını belirleyen nedir? Daha sonraki derslerde gösterildiği gibi, bir nükleofilik ikame mekanizması, substratın doğasından, ayrılan grup, nükleofil, elektrofil ve çözücü polaritesinden etkilenir.