6.7 : S_N2 Reaksiyonu: Kinetik

Kinetik Çalışmalar ve Önemi

Kimyasal bir reaksiyonda, reaktantların konsantrasyonu ile reaksiyonun ilerleme hızı arasında bir ilişki vardır. Bu ilişkiyi ölçmeye yönelik çalışma, kimyasal reaksiyonun kinetiği olarak bilinir. Kinetik çalışmalar, hız belirleme adımının geçiş durumu sırasında yer alan türler hakkında bilgi sağlayan bir kimyasal reaksiyonun hız yasasını çıkarmak için kullanılır. Böylece kinetik çalışmalar bir reaksiyonun mekanizmasının ortaya çıkarılmasına yardımcı olur.

Kinetik Çalışmalar: Hız Nasıl Ölçülür?

Kimyasal bir reaksiyon, belirli bir sıcaklık, basınç ve çözücüde belirli bir hızda ilerler. Bir reaksiyonun hızı yalnızca deneysel olarak belirlenebilir. Bunu yapmak için reaktanların kaybolma hızı veya reaksiyon karışımında ürünlerin ortaya çıkma hızı ölçülür. Belirli zaman aralıklarında reaksiyon karışımından kısımlar alınır ve reaktantların veya oluşan ürünlerin konsantrasyonu açısından analiz edilir. Ayrıca sıcaklık ve çözücü koşulları aynı tutulurken reaksiyonun başlangıç ​​konsantrasyonu, reaksiyon hızı üzerindeki etkiyi gözlemlemek için değiştirilir.

Nükleofilik Ortanık Reaksiyonları ve Kinetik

1930'larda İngiliz kimyagerler Sir Christopher Ingold ve Edward D. Hughes, nükleofilik ortanık reaksiyonlarının olası mekanizmasını anlamak için çeşitli ortanık reaksiyonlarının hız kinetiğini incelediler. Bir alkil halojenürün nükleofilik ortanık reaksiyonunun iki olası mekanizmayla (tek adımlı veya iki adımlı) ilerlediğini gözlemlediler.

Klorometan ve sodyum hidroksit gibi spesifik reaksiyonlar için reaksiyon hızı, hem nükleofilin hem de alkil halojenürün konsantrasyonuna bağlıydı. Spesifik olarak, reaktantlardan herhangi birinin konsantrasyonu iki katına çıktığında reaksiyon hızının iki katına çıktığını gözlemlediler. Ayrıca her iki reaktantın konsantrasyonu iki katına çıktığında oran Tablo 1'de gösterildiği gibi dört kat arttı.

Table 1. 60 °C'de klormetan ve hidroksit iyonları arasındaki reaksiyonun hız çalışması

Deney Numarası	İlk      [CH3Cl]	İlk      [HO−]	Başlangıç ​​oranı (mol 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

Böylece oran denklemi şu şekilde bulundu:

Hız ∝ [CH_3Cl][HO^−]

Bu, hızın her reaktantın konsantrasyonuna göre birinci dereceden ve genel olarak ikinci dereceden olduğunu gösterir.

S_N2 Reaksiyonları ve Kinetik

• Yukarıdaki reaksiyonun kinetiği, ortanığın gerçekleşmesi için nükleofil ve alkil halojenürün tek bir adımda çarpışarak ürünü oluşturduğunu göstermektedir.
• Bu tür reaksiyonların molekülerliğinin, hız sınırlayıcı adımda iki türün yer alması nedeniyle iki moleküllü olduğu söylenir.
• Dolayısıyla, klorometan ile sodyum hidroksit arasındaki reaksiyon bir S_N2 reaksiyonudur; burada S, Sübstitüsyon anlamına gelir, N Nükleofilik anlamına gelir ve 2, bimoleküler bir reaksiyon anlamına gelir.