الاستبدال النيوكليوفيلي

يحل الاستبدال النيوكليوفيلي محل مجموعة مغادرة على كربون مشبع بنيوكليوفيل، ويتم إما بمسار أحادي الخطوة (SN2) أو ثنائي الخطوة (SN1).

Definition

الاستبدال النيوكليوفيلي هو تفاعل يزيح فيه النيوكليوفيل مجموعة مغادرة من ذرة كربون، مكونًا رابطة سيجما جديدة مع النيوكليوفيل.

Scope

يغطي هذا الموضوع آليات SN1 و SN2، وقوانين معدلاتها، وعواقبها الفراغية، وتأثير بنية الركيزة، والنيوكليوفيل، والمجموعة المغادرة، والمذيب، والتنافس بين الاستبدال والإزالة.

Core questions

• ما الذي يميز آلية SN1 عن SN2 حركيًا وفراغيًا؟
• كيف تؤثر بنية الركيزة، والمذيب، وقدرة المجموعة المغادرة على تحويل التوازن بين المسارين؟
• لماذا يحدث SN2 مع انقلاب في التكوين بينما يعطي SN1 التراسم؟

Key theories

SN2 (الاستبدال ثنائي الجزيء)

إزاحة متزامنة أحادية الخطوة يهاجم فيها النيوكليوفيل الكربون من الخلف بالنسبة للمجموعة المغادرة؛ وينتج عن ذلك حركية من الرتبة الثانية وانقلاب والدن في التكوين.

SN1 (الاستبدال أحادي الجزيء)

مسار تدريجي عبر وسيط كاتيون كربوني مستوٍ؛ وينتج عن ذلك حركية من الرتبة الأولى وتراسم جزئي إلى كامل لأن النيوكليوفيل يهاجم أي وجه.

Mechanisms

في SN2، تتضمن الخطوة المحددة للمعدل كلاً من الركيزة والنيوكليوفيل؛ وتجبر الحالة الانتقالية ثنائية الهرم المثلثي الهجوم من الخلف والانقلاب. في SN1، الخطوة المحددة للمعدل هي التأين إلى كاتيون كربوني، والذي تتحكم استقراريته (ثالثي > ثانوي > أولي) واستقرار المذيب في المعدل؛ ويكون الالتقاط النيوكليوفيلي اللاحق سريعًا وغير محدد فراغيًا.

Clinical relevance

يرتكز الاستبدال النيوكليوفيلي على العديد من تفاعلات الألكلة المستخدمة في التخليق الصيدلاني وهو الأساس الميكانيكي لعمل بعض عوامل العلاج الكيميائي المؤلكلة، والتي تحل محل المواقع النيوكليوفيلية في الحمض النووي (DNA).

History

قام هيوز وإنجولد بتنظيم حركية الاستبدال في ثلاثينيات القرن الماضي، وصاغا تسميات SN1 و SN2 وربطا قانون المعدل، والكيمياء الفراغية، وتأثيرات المذيبات في صورة موحدة أصبحت حجر الزاوية في الكيمياء العضوية الفيزيائية.

Key figures

• Christopher Kelk Ingold
• Edward D. Hughes
• Paul Walden

Seminal works

• ingold1969

Frequently asked questions

ما هي الركائز التي تفضل SN2 على SN1؟

تفضل الركائز الأولية وغير المعاقة SN2 لأن الهجوم من الخلف غير معوق، بينما تفضل الركائز الثالثية SN1 لأنها تشكل كاتيونات كربونية مستقرة وتكون مزدحمة جدًا للهجوم من الخلف.

لماذا تهم قطبية المذيب؟

تعمل المذيبات القطبية البروتونية على استقرار الكاتيون الكربوني والمجموعة المغادرة لـ SN1، مما يسرعها، بينما تترك المذيبات القطبية غير البروتونية النيوكليوفيلات 'عارية' ومتفاعلة، مما يسرع SN2.