6.11: S_N1 Reaksiyonu: Kinetik

Bir S_N2 reaksiyonunda reaksiyon hızı hem nükleofilin tipine hem de substrata bağlıdır. Engellenmiş bir üçüncül alkil halojenür, güçlü bir nükleofil kullanılmasına rağmen pratik olarak S_N2 mekanizmasına karşı etkisizdir.

Bununla birlikte, çeşitli nükleofilik ortanık reaksiyonlarının kinetiğini inceleyen Sir Christopher Ingold ve Edward D. Hughes, üçüncül bir alkil halojenürün, zayıf bir nükleofilin varlığında nükleofilik bir ortanık reaksiyonuna girdiğini fark ettiler. Üçüncül halojenür içeren ortanık reaksiyonlarını incelerken, substrat konsantrasyonunu sabit tutarken nükleofil konsantrasyonu değiştirildiğinde bile ürün oluşum hızının değişmeden kaldığını gözlemlediler. Dolayısıyla ne konsantrasyon ne de nükleofilin reaktivitesi, tersiyer alkil halojenürün ortanık oranını etkilemedi.

Ürün oluşumu nükleofilin doğasından bağımsızdı. Bunun yerine reaksiyon hızı yalnızca substratın konsantrasyonuna bağlıydı. Tersiyer alkil halojenürlerin nükleofilik yer değiştirme reaksiyonlarının substrat açısından birinci dereceden, nükleofil için sıfırıncı dereceden ve dolayısıyla genel olarak birinci dereceden olduğu belirlendi.

Reaksiyon hızı nükleofil konsantrasyonundan bağımsız olduğundan nükleofil, hız belirleme aşamasına katılmaz. Bu tür reaksiyonların molekülerliğinin tek moleküllü olduğu söylenir. Dolayısıyla bu mekanizmayı izleyen reaksiyonlar Yer Değiştirme, Nükleofilik, 1. derece veya kısaca S_N1 reaksiyonu olarak sınıflandırılır.

Bir SN2 reaksiyonunun hızının hemnükleofil hem de substratın konsantrasyonuna bağlı olduğunu hatırlayın. Artan nükleofil bazikliği SN2 reaksiyonlarının hızını arttırırken, substratın artan sterik engeli reaksiyon hızını azaltır.

Bu, hacimli alkil gruplarına sahip sterik olarak engellenmiş üçüncül halojenürlerin, güçlü nükleofillerin varlığına rağmen, neden_SN2mekanizması tarafından ikame edilemediğini açıklar.

Bununla birlikte, Sir Christopher Ingold ve Edward D. Hughes, sulu çözeltilerdeki çeşitli ikame reaksiyonlarının kinetiğini incelediklerinde, tert-bütil klorür gibi üçüncül bir halojenürünün, tert-bütil alkol vermek için alternatif bir ikame mekanizmasına maruz kaldığını fark ettiler.

Mekanizmayı araştırmak için, reaksiyon ilk olarak baskın nükleofil olarak su ile 10⁻⁷ M hidroksit iyon konsantrasyonuna sahip nötr bir pH'ta ve daha sonra, daha güçlü hidroksit nükleofilinin fazla miktarlarda bulunduğu 0.05 M'lik bir hidroksit çözeltisinde gerçekleştirildi.

Sonuçlar, nükleofillerin konsantrasyonu ve doğasından bağımsız olarak, ürün üretim hızının sabit kaldığını gösterdi, bu da nükleofilin hız belirleme adımında yer almadığını düşündürdü.

Bunun yerine, reaksiyon hızı, substratın konsantrasyonuna doğrusal olarak bağlıydı, bu da hız belirleme adımına yalnızca substratın katıldığını gösterir.

Sadece bir kimyasal varlık söz konusu olduğundan, bu adımın molekülerliğinin tek başına olmadığı söylenir. Bu nedenle, ikame reaksiyonu, alkil halojenür için birinci dereceden, nükleofil için sıfırıncı dereceden ve genel olarak birinci derecedendir.

Özünde, bu mekanizmayı takip eden reaksiyonlar, İkame, Nükleofilik, 1. dereceden veya kısaca SN1 reaksiyonları olarak sınıflandırılır.

• SN1 Mechanism - A type of substitution reaction where the rate is unimolecular.
• Substrate - The molecule that undergoes a reaction in the presence of a catalyst.
• Nucleophile - A species that donates an electron pair to an electrophile to form a chemical bond.
• Tertiary Alkyl Halide - A type of alkyl halide where the central carbon atom is connected to three other carbon atoms.
• Rate-Determining Step - The slowest step in a chemical reaction that determines the reaction rate.

• Define SN1 Mechanism - Explain the principles and process of this specific reaction (e.g., unimolecular nucleophilic substitution).
• Contrast Tertiary Alkyl Halide vs other substrates - Explain their differences and behaviours in an SN1 mechanism (e.g., reactivity, speed).
• Explore Rate-Determining Step - Describe its role and significance in the overall reaction (e.g., kinetic factors).
• Explain Nucleophile's Role - Short description focusing on its interaction with the substrate.
• Apply in Context - Short description of SN1 mechanism using real-world examples.

• What is the SN1 mechanism and how does it differ from others?
• What role does the substrate play in an SN1 reaction?
• What is the rate-determining step of an SN1 reaction?

• Students - Understand How the SN1 mechanism supports deeper understanding of organic chemistry.
• Educators - Provides a clear framework for teaching substitution reactions and reaction mechanisms.
• Researchers - Relevance for scientific study or methodology in the field of organic chemistry.
• Science Enthusiasts - Offer insights and foster broader interest and curiosity in chemistry.