التفاعل E2 : التوجيه والتفاعلية 

The E2 reaction: orientation and reaetivity

حتى الآن ، كنا نهتم في الدليل على ان نزع هاليد الهيدروجي والذي هو من المرتبة – الثانيةي جري وفق الآلية E2. دعنا الآن ننظر إلى بعض الخصائص الأخرى المميزة لهذا التفاعل.

لقد رأينا ان تفاعل نزع هاليد الهيدروجين ينتج غالباً مزيجاً من الالكانات المماكبة.

ففي هذه الحالة ما هو المماكب السائد، إن وجد؟ تظهر دراسة العديد من التفاعلات ان مماكباً واحداً يكون عادة السائد، ومن الممكن التنبؤ بأي المماكبات هو السائد- وهذا يعني التنبؤ بتوجيه الحذف – اعتماداً على البنية الجزيئية.

لنأخذ على سبيل المثال، بروميد ثانوي البوتيل. ان هجوم الاساس مع اي من الهيدروجينات B- الثلاثة عند (C-1) يقود إلى تشكل -1 البوتن ، وان الهجوم على أي من الهيدروجينين B- وعند (C-3) الى تشكل -2 البوتن. ونرى ان -2 البوتن هو المنتج المفضل على الرغم من ان عامل الاحتمالية الذي يساوي 2:3 والذي يعمل ضد تشكله.

إذا ركزنا اهتمامنا، ليس على الهيدروجين المفقود وانما على الالكن المتشكل. نرى ما يلي:

ان المنتج المفضل -2 البوتن هو الكن ثنائي الاستبدال في حين ان -1 البوتن هو ألكن أحادي الاستبدال ، أي في -2 البوتن هنالك زمرتا الكيل (زمرتان من CH₃) مرتبطتان إلى كربوني الرابطة المزدوجة. وفي -1 البوتن هنالك زمرة الكيلية واحدة فقط (C₂H₅).

في الأمثلة الاخرى، نرى أن الالكنات ثنائية الاستبدال مفضلة على الالكانات احادية الاستبدال والالكانات ثلاثية الاستبدال تكون مفضلة على الالكانات ثنائية الاستبدال.

وهي تشكل جزءاً من نمط كان أول من لاحظه هو الكيميائي الروسي الكسندر زايتسف Alexander Saytzeff (جامعة كازان) الذي وضع في العام 1875 "قاعدة" تتلخص فيما يلي:

عند نزع هاليد هيدروجين فإن المنتج المفضل هو الألكن الذي يحوي عدداً أكبر من الزمر الالكيلية المرتبطة إلى ذرات كربون الرابطة المزدوجة.

يكون تفاعل نزع هاليد الهيدروجين غير عكوس، لذلك، وللمرة الثانية فإن التوجيه يتحدد بنسبة سرع التفاعلات المتنافسة. ونحصل على كثير من -2 البوتن أكبر من -1 البوتن لأن -2 البوتن يتشكل اسرع من -1 البوتن. ويكون الألكن الذي يحوي عدداً أكبر من الزمر الالكيلية المنتج المفضل لأنه يتشكل أسرع من الالكنات البديلة وتعطينا قاعدة رايتسف، عندئذ، تسلسلاً يظهر السرعات النسبية لتشكل الالكنات.

سهولة تشكل الالكنات

وسنجد  دليلاً على استقرار الالكنات يتبع نفس التسلسل تماماً.

استقرار الالكنات

وعلى هذا الأساس يمكننا إعادة صياغة "قادة زايتسف" لتصبح كما يلي: عند نزع هاليد الهيدروجين ، يتشكل الألكن الأكثر استقراراً بسرعة أكبر ويدعى تشكل المماكب المسيطر والاكثر استقراراً "بتوجيه زايتسف".

وبهذا الشكل تكون القاعدة اكثر فائدة عموماً، لأنها تطبق في الحالات التي يكون فيها استقرار الالكن متعلقاً بسمات بنيوية اخرى غير المتبادلات الالكيلية  علاوة على ذلك فإن هذه الصيغة تقود مباشرة إلى العامل المطبق فعلياً.

لندرس الحالة الانتقالية للتفاعل E2. تنكسر جزئياً روابط الهيدروجين والزمرة المغادرة، وتتشكل جزئياً الرابطة المزدوجة . وهكذا تكتسب الحالة الانتقالية مقداراً كبيراً من خاصية الالكن.

الحالة الانتقالية : تتشكل جزئياً رابطة مزدوجة

فالعوامل التي تجعل الالكن مستقراً – الزمر الالكيلية في هذه الحالة – تجعل الالكن الابتدائي في الحالة الانتقالية مستقراً ايضاً، وبالتالي تنخفض Eact ويتشكل الالكن بشكل أسرع. وكما في حالة تشكل الجذور الحرة والكربانيوم فإن صفات المنتج في الحالة الانتقالية يعد عاملاً رئيساً في تعين الاستقرار وبالتالي سرعة التفاعل.

ولكن صفة الالكن في الحالة الانتقالية ليست العامل الوحيد الفعلي في الحذف وبالتالي فإن التوجيه ليس دائماً من زايتسف. ويكون ذلك صحيحاً وبشكل صحيحاً وبشكل خاص في استخدام ركائز غير هاليد الالكيل او سلفونات الالكيل وسنتعرف في الفقرة 6.23 نوعاً آخر من التوجيه هو توجيه "هوفمان" والعوامل التي تكمن وراءه ايضاً. وسنرى ان التوجيه في الحذف هو النتيجة النهائية لعدة عوامل غالباً ما يعاكس بعضها الآخر وبالتالي يكون توجيه زايتسف هو الملاحظ عموماً، في الحذف من هاليدات او سلفونات الالكيل وهو يعكس ببساطة حالة انتقالية يكون فيها عامل استقرار الالكن هو المسيطر.

لا يعين استقرار الالكن فقط توجيه نزع هاليد الهيدروجين بل هو ايضاً مهماً في تعيين فعاليةهاليد الالكيل تجاه الحذف وما هو موضح أدناه ، مثلاً، في التفاعل مع ابتوكسيد الصوديوم في الايتانول وعند الدرجة 55  ْ س نرى انه حتى بعد الأخذ بالحسبان عدد معين من الهيدروجينات B- ان السرعة النسبية لكل هيدروجين تزداد عندما يصبح الالكن اكثر استبدالاً.

وعند الانتقالي على امتداد سلسلة هاليدات الالكيل من 1 ْ إلى 3 ْ فإن البنية تصبح بالتعريف اكثر تفرعاً عند ذرة الكربون التي تجعل الهالوجين. تنشأ عن هذه الزيادة في التفرع نتيجتان فهي توفر عدداً اكبر من هيدروجينات B- للهجوم بوساطة أساس وبالتالي يزداد تفضيل عامل الاحتمال بالنسبة للحذف ويقود ذلك إلى الكنات اكثر تفرعاً واكثر استقرار ومن ثم إلى حالة انتقالية اكثر استقراراً وإلى خفض Eact. نتيجة اتحاد هذه العوامل تكون فعاليةهاليدات الالكيل في نزع هاليد الهيدروجين وفق E2 حسب الترتيب.

فعاليةRX تجاه E2                 

وعلى كل حال، يمكننا ان ننظر إلى الموضوع بعمق اكبر من ذلك عند تحليل بنى الركائز. يمكن لركيزة ان تكون من نفس صنف الركيزة اخرى وان تنتج الكناً اكثر تفرعاً، ونتوقع عموماً ان تكو اكثر فعاليةويكون ذلك صحيحاً على الرغم من ان عدد ذرات الهيدروجين B- أقل، حيث يتعاكس عاملان اثنان : إذ يميل عامل استقرار الالكن إلى التفوق على عامل الاحتمالية.