Nükleofilik Sübstitüsyon
Nükleofilik sübstitüsyon, doymuş bir karbon üzerindeki ayrılan grubu bir nükleofil ile değiştirerek, tek adımlı (SN2) veya iki adımlı (SN1) bir yol izleyerek gerçekleşir.
Tanım
Nükleofilik sübstitüsyon, bir nükleofilin bir karbon atomundan ayrılan bir grubu uzaklaştırarak, nükleofile yeni bir sigma bağı oluşturduğu bir reaksiyondur.
Kapsam
Bu konu, SN1 ve SN2 mekanizmalarını, hız yasalarını ve stereokimyasal sonuçlarını, substrat yapısının, nükleofilin, ayrılan grubun ve çözücünün etkisini ve sübstitüsyon ile eliminasyon arasındaki rekabeti kapsamaktadır.
Temel sorular
- SN1 mekanizmasını SN2 mekanizmasından kinetik ve stereokimyasal olarak ayıran nedir?
- Substrat yapısı, çözücü ve ayrılan grubun ayrılma yeteneği, iki yol arasındaki dengeyi nasıl değiştirmektedir?
- SN2 neden konfigürasyon inversiyonu ile ilerlerken, SN1 rasemizasyon ile sonuçlanmaktadır?
Temel kuramlar
- SN2 (bimoleküler sübstitüsyon)
- Nükleofilin, ayrılan grubun arkasından karbona saldırdığı, eşzamanlı, tek adımlı bir yer değiştirme reaksiyonudur; ikinci dereceden kinetik ve Walden konfigürasyon inversiyonu ile sonuçlanmaktadır.
- SN1 (ünimoleküler sübstitüsyon)
- Düzlemsel bir karbokatyon ara ürünü üzerinden ilerleyen kademeli bir yoldur; nükleofilin her iki yüze de saldırması nedeniyle birinci dereceden kinetik ve kısmi ila tam rasemizasyon ile sonuçlanmaktadır.
Mekanizmalar
SN2 mekanizmasında hız belirleyici adım hem substratı hem de nükleofili içermektedir; trigonal-bipiramidal geçiş hali, arka taraftan saldırıyı ve inversiyonu zorlamaktadır. SN1 mekanizmasında hız belirleyici adım, karbokatyon oluşumu için iyonizasyondur; karbokatyonun stabilitesi (tersiyer > sekonder > primer) ve çözücü stabilizasyonu hızı kontrol etmektedir; sonraki nükleofilik yakalama hızlı ve stereospesifik değildir.
Klinik önem
Nükleofilik sübstitüsyon, farmasötik sentezde kullanılan birçok alkilasyon reaksiyonunun temelini oluşturmaktadır ve DNA'daki nükleofilik bölgelere sübstitüsyon yapan belirli alkilleyici kemoterapötik ajanların etki mekanizmasının temelini teşkil etmektedir.
Tarihçe
Hughes ve Ingold, 1930'larda sübstitüsyon kinetiğini sistematize etmiş, SN1 ve SN2 etiketlerini ortaya koymuş ve hız yasasını, stereokimyayı ve çözücü etkilerini fiziksel organik kimyanın temel taşlarından biri haline gelen birleşik bir tabloya bağlamışlardır.
Öne çıkan isimler
- Christopher Kelk Ingold
- Edward D. Hughes
- Paul Walden
İlgili konular
Temel eserler
- ingold1969
Sıkça sorulan sorular
- Hangi substratlar SN1 yerine SN2'yi tercih etmektedir?
- Primer ve engellenmemiş substratlar, arka taraftan saldırının engellenmemesi nedeniyle SN2'yi tercih ederken, tersiyer substratlar stabilize karbokatyonlar oluşturdukları ve arka taraftan saldırı için çok kalabalık oldukları için SN1'i tercih etmektedir.
- Çözücü polaritesi neden önemlidir?
- Polar protik çözücüler, SN1'in karbokatyonunu ve ayrılan grubunu stabilize ederek reaksiyonu hızlandırırken, polar aprotik çözücüler nükleofilleri 'çıplak' ve reaktif bırakarak SN2'yi hızlandırmaktadır.