6.7 : תגובת SN2: קינטיקה

מחקרים קינטיים וחשיבות

בתגובה כימית, קיים קשר בין ריכוז המגיבים לקצב המשך התגובה. המחקר למדידת קשר זה ידוע כקינטיקה של תגובה כימית. מחקרים קינטיים משמשים כדי להסיק את חוק הקצב של תגובה כימית, המספק מידע על הצורונים המעורבים במהלך מצב המעבר של שלב קביעת הקצב. לפיכך, מחקרים קינטיים עוזרים להסיק את מנגנון התגובה.

מחקרים קינטיים: כיצד למדוד את הקצב?

תגובה כימית מתרחשת בקצב מסוים בטמפרטורה, לחץ וממס נתונים. ניתן לזהות את קצב התגובה רק בניסוי. לשם כך נמדד קצב היעלמות המגיבים או קצב הופעת התוצרים בתערובת התגובה. במרווחי זמן ספציפיים, מנות נגזרות מתערובת התגובה ומנותחות בשביל ריכוז המגיבים או התוצרים שנוצרו. יתר על כן, תוך שמירה על תנאי הטמפרטורה והממס זהים, הריכוז הראשוני של התגובה משתנה כדי לראות את ההשפעה על קצב התגובה.

תגובות התמרה נוקלאופיליות וקינטיקה

בשנות ה-30, הכימאים הבריטים Sir Christopher Ingold ו- Edward D. Hughes חקרו קינטיקה של קצב של תגובות התמרה שונות כדי להבין את המנגנון הסביר של תגובות התמרה נוקלאופיליות. הם הבחינו שתגובת התמרה נוקלאופילית של אלקיל הליד התנהלה על ידי שני מנגנונים אפשריים - או בשלב אחד או באמצעות שני שלבים.

עבור תגובות ספציפיות, כגון כלורומתאן ונתרן הידרוקסיד, קצב התגובה היה תלוי בריכוז הן של הנוקלאופיל והן של האלקיל הליד. באופן ספציפי, הם הבחינו שכאשר הריכוז של אחד מהמגיבים הוכפל, קצב התגובה הוכפל. יתר על כן, כאשר הריכוז של שני המגיבים הוכפל, הקצב עלה פי ארבעה, כפי שמוצג בטבלה 1.

טבלה 1. מחקר קצב של התגובה בין יוני כלורומתאן ויוני הידרוקסיד ב-60 מעלות צלזיוס

מספר ניסוי	התחלתי      [CH3Cl]	התחלתי      [HO−]	שיעור ראשוני (מול L−1s−1)
1	0.0010	1.0	4.9 × 10⁻7
2	0.0020	1.0	9.8 × 10⁻7
3	0.0010	2.0	9.8 × 10⁻7
4	0.0020	2.0	19.6 × 10⁻7

לפיכך, נמצא כי משוואת הקצב היא:

קצב ∝ [CH3Cl][HO−]

זה מראה שהקצב הוא מסדר ראשון ביחס לריכוז של כל מגיבים ומסדר שני בסך הכל.

S _N 2 תגובות וקינטיקה

• הקינטיקה של התגובה לעיל מציעה שכדי שההתמרה תתרחש, הנוקלאופיל והאלקיל הליד מתנגשים בשלב אחד כדי ליצור את התוצר.
• אומרים שהמולקולריות של תגובות כאלה היא דו-מולקולרית מכיוון ששני צורונים מעורבים בשלב מגביל הקצב.
• לכן, התגובה בין כלורומתאן ונתרן הידרוקסיד היא תגובת S _N 2, כאשר S מייצג התמרה, N עבור נוקלאופילי ו-2 עבור תגובה דו-מולקולרית.