6.12: S_N1 Reaksiyonu: Mekanizma

Üçüncül bir halojenürün protik bir çözücü içinde iyonlaşmasına ilişkin kinetik çalışmalar, hız belirleme adımına (yavaş adım) yalnızca substratın katıldığını göstermektedir. Nükleofil ancak en yavaş adımdan sonra devreye girer. S_N1 reaksiyonu çok adımlı bir mekanizmada gerçekleşir.

İlk olarak haloalkan, bir karbokatyon ara maddesi ve bir halojenür iyonu oluşturmak üzere iyonlaşır. Bu heterolitik bölünme, büyük aktivasyon enerjisiyle oldukça endotermiktir. Polar bir protik çözücü tarafından kolaylaştırılan substratın iyonizasyonu, tüm adımların en yavaşıdır ve bu, onu bir S_N1 reaksiyonunun hız belirleyici adımı yapar. Oluşan iyonlar çözünme yoluyla stabilize edilir. İkinci adımda, reaktif karbokatyon ara maddesi güçlü bir elektrofil gibi davranır ve bir oksonyum iyonu oluşturmak için hızla bir elektron çifti bağışlayan nükleofilik çözücü molekülü tarafından saldırıya uğrar. Bu süreç ekzotermiktir. Üçüncü aşamada, çözücü, nihai nükleofilik ortanık ürünü verecek şekilde oksonyum iyonundan bir proton çıkarır.

Dolayısıyla S_N1 reaksiyonu ortanık için iki temel adımdan ve ek bir proton kaybı adımından oluşur. Mekanizma ayrıca karbokatyonun stabilitesi, ayrılan grubun doğası ve kullanılan çözücünün doğası gibi çeşitli faktörlerin S_N1 mekanizmasını desteklediğini ileri sürmektedir.

Bir üçüncül halojenür, nükleofilik ikame edilmiş bir ürün vermek için sulu bir çözelti içinde reaksiyona girdiğinde, hız belirleme adımına yalnızca substratın katıldığını hatırlayın. Bu tek moleküllü SN1 işlemi, çok aşamalı bir mekanizma ile gerçekleşir.

İlk adımda, haloalkan, yüksek enerjili bir geçiş durumu yoluyla iyonlaşır ve üçüncül bir karbokatyon ara maddesi ve bir halojenür iyonu üretir. Polar çözücü olan suyun iyonlaştırıcı özelliği, halojenürün ayrılmasını kolaylaştırır. Heterolitik bölünme, büyük aktivasyon enerjisine sahip yavaş ve oldukça endotermik bir süreçtir ve bunu hız belirleyici bir adım haline getirir.

Çözücünün yokluğunda, yani gaz fazında, aktivasyon enerjisi neredeyse yedi kat daha yüksektir.

İlk adımdan üretilen iyonlar, çözünme yoluyla su molekülleri tarafından stabilize edilir. Oluşan karbokatyon, bu reaksiyonun çözücüsü olan su gibi zayıf bir nötr nükleofil ile kolayca reaksiyona girebilen güçlü bir elektrofildir.

İkinci adımda, su bir Lewis bazı görevi görür ve elektronlarını karbokatyona bağışlayarak protonlanmış bir tür - oksonyum iyonu üretir. Yeni bir bağ oluştuğundan, süreç düşük enerjili bir geçiş durumu ile güçlü bir şekilde ekzotermiktir.

Üçüncü adımda, oksonyum iyonu suya bir proton kaybeder, bu da şimdi bir Brønsted bazı olarak işlev görür ve iki ürünle sonuçlanır: tert-bütil alkol ve bir hidronyum iyonu.

Özetlemek gerekirse, S_N1 mekanizması, ikame için iki temel adımdan oluşur ve yüksüz bir nükleofil kullanıldığında, sonunda ek bir proton transfer adımı yer alır.

Çok aşamalı S_N1 reaksiyonu, karbon atomu ile ayrılan grup arasındaki bağın nükleofilik saldırıdan önce kopması nedeniyle tek aşamalı S_N2 reaksiyonundan farklıdır.

Ayrıca, bir SN1reaksiyonu iki geçiş durumu ve bir ara madde içerirken, bir_S2reaksiyonu yalnızca bir geçiş durumuna sahiptir ve ara maddesi yoktur.

• 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.