多步驟親核性取代反應SN1：溴烷的水解

有機化學的基礎242

Multistep Nucleophilic Substitution(SN1)：Hydrolysis of Alkyl Bromides

1.      另一種形成「碳陽離子中間產物」的反應是，「鹵烷」轉變成「醇」，鹵烷的「鹵素」被從「水」而來的「氫氧基OH」取代。

2.      因為這個反應進行的過程會經歷「碳陽離子中間產物」，所以，它是「多步驟非均勻斷裂取代反應multistep heterolysis substitution」。

3.      這個「水解反應hydrolysis」，在中心「碳」原子與「親核性試劑nucleophile」鍵結之前，「碳－鹵素 C－X」化學鍵已經完全斷裂；

4.      因為【步驟1】只有初始物質參與其中，「親核性取代」反應是「單分子」的反應，所以一個SN1反應取決於離去基的化學鍵的斷裂速度（rate=k[R－LG]）。

5.      舉例來說，「第三丁基溴 t-butyl bromide」和「異丙基溴isopropyl bromide」：

6.      SN1反應的【步驟1】，化學鍵斷裂產生碳陽離子，這是速率決定步驟。

7.      【步驟2】「碳陽離子」吸引「水」來鍵結，這一步速度很快，因為只需要讓「化學鍵」鍵結；

8.      【步驟3】新形成的「水合離子」接著去質子化（吐出質子），製造出我們所看到的「醇類」產物。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. Whitesell《Organic Chemistry》

徐弘毅：

1.      「鹵烷」轉變成「醇」的「多步驟非均勻斷裂取代反應SN1」。

2.      「反應物」的化學鍵「非均勻斷裂」，先形成「碳陽離子」這樣的「中間產物」，然後才變成「產物」；反應過程經歷好幾個步驟，稱為「多步驟非均勻斷裂」。

3.      整個反應的結果，「反應物」某個取代基被換成「親核劑」，所以稱為「親核性取代反應」。以上所有資訊，可簡稱為「多步驟親核性取代反應」或「多步驟非均勻斷裂反應」

4.      數字「1」指「速率決定步驟」，只涉及到1個分子的化學鍵變化，用「1」代表「單分子」。

5.      鹵烷水解反應，是「親核性試劑」攻擊「鹵烷」分子碰撞出來的結果，參與反應的分子至少有2個，為什麼是「單分子」呢？

6.      「水解反應hydrolysis」，在中心「碳」原子與「親核性試劑nucleophile」鍵結之前，「碳－鹵素 C－X」化學鍵已經完全斷裂。

7.      要打斷「碳－鹵素 C－X」化學鍵，是比較困難的，需要花費能量，速度比較慢，因此，是影響整個反應速率的關鍵；至於斷裂之後「碳」與「親核性試劑」鍵結非常快，與整體反應速率無關（不會拖延反應速率）。

8.      所以，SN1反應的速率，完全取決於分子的中心「碳原子」與「離去基」的化學鍵，斷裂的速度有多快：rate=k[R－LG]。

注：rate反應速率；R載體；LG離去基。[R－LG]反應物的濃度。