aliphatic nucleophilic substitution क्या होता है?

aliphatic nucleophilic substitution क्या होता है?ऐलिफेटिक न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन एक प्रकार की रासायनिक प्रतिक्रिया है जिसमें एक न्यूक्लियोफाइल एक ऐलिफेटिक कार्बन से जुड़े छोड़ने वाले समूह को प्रतिस्थापित करता है। इसके मुख्य तंत्र SN1, SN2 और SNi हैं, जो सब्सट्रेट, न्यूक्लियोफाइल, छोड़ने वाले समूह और प्रतिक्रिया माध्यम के प्रभाव पर निर्भर करते हैं। यह प्रतिक्रिया जैविक अणुओं और औद्योगिक यौगिकों के संश्लेषण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

aliphatic nucleophilic substitution क्या होता है?

ऐलिफेटिक न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन (Aliphatic Nucleophilic Substitution) क्या होता है?

ऐलिफेटिक न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन एक प्रकार की कार्बनिक रासायनिक प्रतिक्रिया है जिसमें एक न्यूक्लियोफाइल एक ऐलिफेटिक कार्बन परमाणु से बंधे एक अच्छे छोड़ने वाले समूह को प्रतिस्थापित करता है। ऐलिफेटिक न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएँ महत्वपूर्ण हैं क्योंकि ये जैविक अणुओं और औद्योगिक यौगिकों के संश्लेषण में उपयोगी हैं।

मुख्य प्रकार

ऐलिफेटिक न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन की तीन मुख्य प्रकार की प्रतिक्रियाएँ हैं: SN1, SN2 और SNi तंत्र। इसके अलावा, पड़ोसी समूह सहभागिता (Neighbouring Group Participation) भी महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है।

1. SN1 (Unimolecular Nucleophilic Substitution)

तंत्र: SN1 तंत्र में, प्रतिस्थापन प्रक्रिया दो चरणों में होती है:

1. प्रथम चरण: छोड़ने वाला समूह (L) कार्बन से अलग हो जाता है, जिससे एक कार्बोकैटायन (carbocation) बनता है।
2. द्वितीय चरण: न्यूक्लियोफाइल (Nu⁻) कार्बोकैटायन पर आक्रमण करता है और प्रतिस्थापित करता है।

उदाहरण: tert-ब्यूटिल ब्रोमाइड (tert-Butyl bromide) का हाइड्रॉक्साइड आयन (OH⁻) द्वारा प्रतिस्थापन।

$\text{(CH}_3\text{)}_3\text{C-Br} \rightarrow \text{(CH}_3\text{)}_3\text{C}^+ + \text{Br}^-$

 

 

$\text{(CH}_3\text{)}_3\text{C}^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{(CH}_3\text{)}_3\text{C-OH}$

 

विशेषताएँ:

• प्रथम चरण में कार्बोकैटायन का निर्माण धीमा चरण होता है।
• द्वितीय चरण तेज़ होता है।
• SN1 तंत्र बहुधा तीनीय (tertiary) सब्सट्रेट्स में देखा जाता है क्योंकि कार्बोकैटायन की स्थिरता महत्वपूर्ण है।

2. SN2 (Bimolecular Nucleophilic Substitution)

तंत्र: SN2 तंत्र में, प्रतिस्थापन प्रक्रिया एक चरण में होती है:

• न्यूक्लियोफाइल (Nu⁻) सीधे सब्सट्रेट के इलेक्ट्रोफिलिक कार्बन पर पीछे से आक्रमण करता है, जिससे छोड़ने वाला समूह (L) एक ही समय में अलग हो जाता है।

उदाहरण: मेथिल ब्रोमाइड (Methyl bromide) का हाइड्रॉक्साइड आयन (OH⁻) द्वारा प्रतिस्थापन।

 

$\text{CH}_3\text{Br} + \text{OH}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{OH} + \text{Br}^-$

 

विशेषताएँ:

• प्रतिक्रिया एक सिंगल चरण में होती है।
• प्रतिक्रिया दर न्यूक्लियोफाइल और सब्सट्रेट दोनों की सांद्रता पर निर्भर होती है।
• SN2 तंत्र प्राथमिक (primary) और द्वितीयक (secondary) सब्सट्रेट्स में देखा जाता है।

3. SNi (Nucleophilic Substitution Internal)

तंत्र: SNi तंत्र में, प्रतिस्थापन प्रक्रिया एक चरण में होती है, लेकिन इसमें अंतर होता है:

• न्यूक्लियोफाइल और छोड़ने वाला समूह सममित रूप से जुड़ते और अलग होते हैं, जिससे कोई प्रत्यक्ष आक्रमण नहीं होता।

उदाहरण: थियोनाइल क्लोराइड (SOCl₂) के साथ अल्कोहल का प्रतिस्थापन।

 

$\text{R-OH} + \text{SOCl}_2 \rightarrow \text{R-Cl} + \text{SO}_2 + \text{HCl}$

 

विशेषताएँ:

• प्रतिक्रिया में कोई प्रत्यक्ष आक्रमण नहीं होता।
• प्रतिक्रिया आमतौर पर विशेष परिस्थितियों में देखी जाती है।

पड़ोसी समूह सहभागिता (Neighbouring Group Participation)

पड़ोसी समूह सहभागिता एक ऐसी स्थिति है जिसमें सब्सट्रेट के एक आसन्न समूह प्रतिक्रिया के संक्रमण अवस्था (transition state) में सहायता करता है। यह प्रक्रिया SN1 और SN2 तंत्र दोनों में हो सकती है।

उदाहरण: 2-ब्रोमोइथेन-1-ओल (2-Bromoethanol) का प्रतिस्थापन।

 

$\text{HO-CH}_2\text{CH}_2\text{Br} \rightarrow [ \text{HO-CH}_2\text{CH}_2^+] \rightarrow \text{HO-CH}_2\text{CH}_2\text{OH}$

 

विशेषताएँ:

• प्रतिक्रिया दर को तेज़ करता है।
• प्रतिक्रिया के तंत्र को प्रभावित कर सकता है।

प्रभाव

1. सब्सट्रेट का प्रभाव:

• SN1 तंत्र में तीनीय सब्सट्रेट्स अधिक स्थिर होते हैं।
• SN2 तंत्र में प्राथमिक सब्सट्रेट्स अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं।

2. न्यूक्लियोफाइल का प्रभाव:

• SN2 तंत्र में, न्यूक्लियोफाइल की ताकत और सांद्रता महत्वपूर्ण है।
• SN1 तंत्र में न्यूक्लियोफाइल की ताकत कम महत्वपूर्ण है।

3. छोड़ने वाले समूह का प्रभाव:

• अच्छा छोड़ने वाला समूह (जैसे ब्रोमाइड, आयोडाइड) SN1 और SN2 तंत्र दोनों के लिए प्रतिक्रिया दर को बढ़ाता है।

4. प्रतिक्रिया माध्यम का प्रभाव:

• SN1 तंत्र में ध्रुवीय प्रोटिक सॉल्वेंट्स (जैसे जल, इथेनॉल) कार्बोकैटायन स्थिरीकरण में मदद करते हैं।
• SN2 तंत्र में ध्रुवीय एप्रोटिक सॉल्वेंट्स (जैसे डीएमएसओ, एसीटोन) न्यूक्लियोफाइल की शक्ति को बढ़ाते हैं।

सारणीबद्ध विवरण

प्रतिक्रिया प्रकार	तंत्र	मुख्य कारक	उदाहरण	विशेषताएँ
SN1	दो चरण	कार्बोकैटायन स्थिरता	tert-ब्यूटिल ब्रोमाइड + OH⁻	तीनीय सब्सट्रेट, धीमा प्रथम चरण
SN2	एक चरण	न्यूक्लियोफाइल शक्ति	मेथिल ब्रोमाइड + OH⁻	प्राथमिक सब्सट्रेट, सिंगल चरण
SNi	एक चरण	सममित जुड़ाव	अल्कोहल + SOCl₂	प्रत्यक्ष आक्रमण नहीं, विशेष परिस्थितियाँ
पड़ोसी समूह सहभागिता	एक या दो चरण	आसन्न समूह की सहायता	2-ब्रोमोइथेन-1-ओल	प्रतिक्रिया दर में वृद्धि, तंत्र पर प्रभाव

विस्तृत उदाहरण

SN1 तंत्र का विस्तृत उदाहरण: tert-ब्यूटिल ब्रोमाइड का प्रतिस्थापन:

 

$\text{(CH}_3\text{)}_3\text{C-Br} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{(CH}_3\text{)}_3\text{C}^+ + \text{Br}^-$

 

 

$\text{(CH}_3\text{)}_3\text{C}^+ + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{(CH}_3\text{)}_3\text{C-OH}_2^+ \rightarrow \text{(CH}_3\text{)}_3\text{C-OH} + \text{H}^+$

 

SN2 तंत्र का विस्तृत उदाहरण: मेथिल ब्रोमाइड का प्रतिस्थापन:

 

$\text{CH}_3\text{Br} + \text{OH}^- \rightarrow [\text{CH}_3\text{Br}\text{OH}^-]^{\ddagger} \rightarrow \text{CH}_3\text{OH} + \text{Br}^-$

 

निष्कर्ष

ऐलिफेटिक न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएँ कार्बनिक रसायन विज्ञान में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। इन प्रतिक्रियाओं के विभिन्न तंत्र (SN1, SN2, SNi) और पड़ोसी समूह सहभागिता से संबंधित सिद्धांतों को समझना हमें विभिन्न रासायनिक प्रक्रियाओं में उनकी उपयोगिता और उनके प्रभाव को बेहतर तरीके से समझने में मदद करता है। इन तंत्रों और उनके प्रभावों का विस्तृत अध्ययन हमें विभिन्न औद्योगिक और जैविक यौगिकों के संश्लेषण में सुधार करने की दिशा में मार्गदर्शन प्रदान करता है।

sn1sn2 reaction