Organik Tepkimeler — SN1, SN2, E1, E2 ve Katılma

Organik tepkimeleri sınıflandırmanın en kolay yolu, neyin değiştiğini sormaktır. Eğer bir $sp^3$ karbon üzerindeki bir grup başka bir grupla yer değiştirdiyse, yer değiştirme düşünün. Yeni bir pi bağı oluştuysa, eliminasyon düşünün. Eğer atomlar mevcut bir $C=C$ ya da $C\equiv C$ bağına eklenmişse, katılma düşünün.

Organik kimyanın başlangıç düzeyindeki çoğu sorusunda, bu ilk ayrım bile cevabı SN1, SN2, E1, E2 ya da katılma olarak daraltır. Sonra koşullara bakın: ayrılan bir grup var mı, tepkimeye giren karbon birincil mi ikincil mi üçüncül mü, güçlü bir baz ya da nükleofil var mı ve karbokatyon oluşumu gerçekçi mi.

SN1, SN2, E1, E2 ve Katılmayı Hızlıca Nasıl Ayırt Edersiniz?

Tür	Ne değişir	Genellikle şu durumda tercih edilir	Temel fikir
SN1	ayrılan grup yer değiştirir	substrat görece kararlı bir karbokatyon oluşturabiliyorsa	iki basamaklı yer değiştirme
SN2	ayrılan grup yer değiştirir	substrat çok kalabalık değilse ve iyi bir nükleofil doğrudan saldırabiliyorsa	tek basamaklı yer değiştirme
E1	bir pi bağı oluşur	karbokatyon oluşabiliyorsa ve bu ara türden sonra eliminasyon yarışıyorsa	iki basamaklı eliminasyon
E2	bir pi bağı oluşur	güçlü bir baz beta hidrojenini alırken ayrılan grup ayrılıyorsa	tek basamaklı eliminasyon
Katılma	atomlar bir pi bağına eklenir	başlangıç molekülünde zaten bir $C=C$ ya da $C\equiv C$ bağı varsa	pi bağı yeni sigma bağlarına dönüşür

Bu tablo bir rehberdir, kesin bir kural değildir. Gerçek sonuçlar substrata, reaktife, çözücüye ve bazen sıcaklığa bağlıdır.

Genellikle İşe Yarayan Hızlı Bir Karar Kuralı

• Başlangıç molekülünde bir $sp^3$ karbon üzerinde ayrılan bir grup varsa, ana rekabet genellikle yer değiştirme ile eliminasyon arasındadır.
• Başlangıç molekülünde zaten bir pi bağı varsa ve sorunun merkezinde ayrılan bir grup yoksa, ilk tahmin olarak katılma daha uygundur.
• Tepkimeye giren karbon birincilse, SN2 çoğu zaman SN1'den daha olasıdır.
• Tepkimeye giren karbon üçüncülse, normal SN2 engellenir; bu yüzden yaygın rekabet koşullara bağlı olarak SN1, E1 ya da E2 arasındadır.
• Güçlü bir baz varsa ve beta hidrojeni de bulunuyorsa, E2 çok daha olası hale gelir.

Her Tepkime Türü Aslında Ne Anlama Gelir?

SN1

SN1, unimoleküler nükleofilik yer değiştirme anlamına gelir. Yavaş basamak yalnızca substratı içerir; çünkü önce ayrılan grup ayrılır ve bir karbokatyon oluşur.

Bu nedenle SN1, özellikle birçok üçüncül substrat için, karbokatyon görece kararlı olacaksa daha olasıdır. Eğer bir yeniden düzenlenme karbokatyonu daha kararlı hale getirecekse, ürün değişebilir.

SN2

SN2, bimoleküler nükleofilik yer değiştirme anlamına gelir. Nükleofil, ayrılan grup ayrılırken saldırır; yani tepkime tek basamakta gerçekleşir.

Saldırının tepkimeye giren karbona doğrudan ulaşması gerektiği için sterik engel çok önemlidir. Birincil substratlar çoğu zaman SN2'yi üçüncül substratlardan çok daha fazla destekler ve üçüncül substratlar bu kalabalık karbonda normal SN2 vermez.

E1

E1, unimoleküler eliminasyon anlamına gelir. SN1 gibi, ayrılan grubun ayrılmasıyla başlar ve bir karbokatyon oluşur. Ardından bir baz beta hidrojenini alır ve bir pi bağı oluşur.

SN1 ve E1'in ikisi de karbokatyon üzerinden ilerlediği için, benzer koşullarda sık sık rekabet ederler. Isı çoğu zaman eliminasyonu daha önemli hale getirir, ancak bu bir eğilimdir, garanti değildir.

E2

E2, bimoleküler eliminasyon anlamına gelir. Eşgüdümlü tek bir basamakta, bir baz beta hidrojenini alırken ayrılan grup ayrılır ve pi bağı oluşur.

E2, güçlü bir baz bulunduğunda ve alınabilecek bir beta hidrojeni olduğunda yaygındır. İkincil ve üçüncül substratlarda güçlü bir baz, tepkimeyi çoğu zaman yer değiştirme yerine E2'ye yönlendirir.

Katılma

Katılma tepkimeleri genellikle bir alken ya da alkinden başlar. Molekül bir grup kaybetmek yerine, pi bağı boyunca yeni atomlar kazanır.

Giriş düzeyinde yaygın bir örnek, bir alkene $HBr$ katılmasıdır. Çift bağ kırılır ve reaktiften gelen atomlar, daha önce çift bağlı olan iki karbon üzerine yerleşir.

Bu Tepkimeleri Anlamayı Kolaylaştıran Sezgi

Bu tepkimeleri gerçekten kavramanın en hızlı yolu, molekülün yapısal olarak ne yapabildiğini sormaktır.

Doymuş bir karbon üzerinde ayrılan bir grup varsa, molekül ya bu grubu başka bir grupla değiştirebilir ya da komşu bir hidrojeni uzaklaştırıp bir pi bağı oluşturabilir. Zaten bir pi bağı varsa, molekül bunun yerine o bağa katılma tepkimesi verebilir. Eğri okları düşünmeden önce bile, bu tek yapısal soru başlangıç düzeyindeki çoğu problemi ayırır.

Bundan sonra, reaktifin daha çok nükleofil gibi mi yoksa daha çok baz gibi mi davrandığını sorun. Güçlü nükleofiller çoğu zaman yer değiştirmeyi destekler. Güçlü bazlar çoğu zaman eliminasyonu destekler. Bazı reaktifler ikisini de yapabilir; bu durumda hangi yolun baskın olacağını substrat ve koşullar belirler.

Çözümlü Örnek: 2-Bromopropan Neden Sıklıkla E2 Verir?

$2$-bromopropanın etanol içinde sodyum etoksit, $\mathrm{NaOEt}$, ile tepkimesini düşünün.

Önce substrata bakın. Brom taşıyan karbon ikincildir; bu yüzden hem yer değiştirme hem de eliminasyon ilke olarak mümkündür.

Şimdi reaktifi inceleyin. Etoksit güçlü bir bazdır ve aynı zamanda iyi bir nükleofildir. İkincil bir substratta bu durum, E2'yi zaten güçlü bir aday yapar.

Sonra E2'nin neye ihtiyaç duyduğunu sorun. Ayrılan bir grup ve bir beta hidrojeni gerekir. Bu molekülde ikisi de vardır; dolayısıyla eliminasyon tek basamakta gerçekleşebilir.

Yaygın ders koşullarında, özellikle ısı varsa, çoğunlukla baskın yol olarak E2 tahmin edilir. Organik ürün propendir; çünkü baz beta hidrojenini alırken bromür aynı basamakta ayrılır.

Bu örnek neden önemlidir:

• ikincil bir substrat gerçek bir rekabetin mümkün olduğu anlamına gelir
• güçlü bir baz eliminasyonu daha olası hale getirir
• bir alken oluşması, tepkimenin yer değiştirme değil eliminasyon olduğunu gösterir

Substratı ya da reaktifi değiştirirseniz, tahmin de değişebilir. Sterik olarak daha az engelli bir birincil substrat, SN2'yi çok daha rekabetçi hale getirirdi.

Organik Tepkimeleri Sınıflandırırken Yapılan Yaygın Hatalar

Güçlü Baz ile Güçlü Nükleofili Aynı Şey Sanmak

Bazı reaktifler her iki şekilde de davranabilir. Substrat da en az bunun kadar önemlidir. Birincil bir substratla güçlü bir nükleofil çoğu zaman SN2'yi işaret ederken, daha engelli bir substratla güçlü bir baz çoğu zaman E2'yi işaret eder.

Üçüncülse Otomatik Olarak SN1 Olacağını Varsaymak

Üçüncül substratlar normal SN2 veremez, ama bu otomatik olarak SN1 olacakları anlamına gelmez. Güçlü bir baz varsa, E2 çoğu zaman daha iyi tahmindir.

SN1 ve E1'in Ortak Bir Karbokatyon Paylaştığını Unutmak

Bir karbokatyon oluşursa, yeniden düzenlenmeler mümkün hale gelebilir ve yer değiştirme ile eliminasyon rekabet edebilir. Bu yüzden bu iki mekanizma sık sık birlikte ele alınır.

Her Alken Tepkimesine Katılma Demek

Katılmada atomların pi bağı boyunca eklenmesi gerekir. Eğer tepkime bunun yerine çift bağı oluşturuyorsa, bu eliminasyondur.

Bu Organik Tepkime Türleri Nerelerde Kullanılır?

Bu tepkime türleri, organik sentez ve mekanizma sorularının temelini oluşturur. Şunları tahmin etmenize yardımcı olurlar:

• bir molekülün daha fazla sübstitüe mi yoksa daha doymamış mı hale geleceğini
• bir reaktifin ayrılan bir grubu değiştirmesinin mi yoksa bir hidrojeni uzaklaştırmasının mı olası olduğunu
• tepkime koşullarının ana ürünü nasıl değiştirdiğini
• aynı substratın farklı reaktiflerle neden farklı davranabildiğini

Bunlar sadece sınavlar için önemli değildir. Aynı fikirler, kimyagerlerin bir karbon iskeletinden diğerine giden yolları planlamasına da yardımcı olur.

Benzer Bir Sınıflandırma Problemi Deneyin

$1$-bromobütan gibi ayrılan gruba sahip bir substrat alın ve bunu sodyum siyanür, sodyum etoksit ya da su ile eşleştirdiğinizde tahminin nasıl değiştiğini sorun. Aynı anda yalnızca tek bir koşulu değiştirmek, SN1, SN2, E1 ve E2'yi ezberlenmiş olmaktan çıkarıp mantıklı hale getirmenin en hızlı yollarından biridir. Yakın bir devam konusu isterseniz, bu sayfayı nükleofilik yer değiştirme ile karşılaştırın.