Udvikling af en fundamental reaktion i organisk kemi - opdagelse af en ny nukleofil substitutionsreaktion

Nukleofil substitution er en klasse af kemiske reaktioner, man støder på i organisk kemi, herunder dem, der anvendes til fremstilling af almindelige petrokemiske og farmaceutiske produkter. Dens underliggende mekanisme blev opdaget for 82 år siden af ​​de britiske kemikere Edward Hughes og Christopher Ingold, som viste, at en elektronrig kemisk art, kaldet en nukleofil, "angriber" og erstatter et elektronfattigt fragment af et organisk molekyle, kaldet en udgående gruppe.

En af hovedtyperne af nukleofile substitutionsreaktioner, kaldet S _N 2, indebærer, at nukleofilen angriber, og at den afgående gruppe afgår på samme tid. Hughes og Ingold gjorde først observationen, efterfølgende bekræftet af generationer af kemikere, at S _N 2 reaktioner syntes alle at opstå via "bagsideangreb, "hvorved nukleofilen forbinder det organiske molekyle på et sted modsat afgangsgruppen.

Selvom S _N 2 reaktioner mentes at være forstået, en ny variant er blevet fundet af en gruppe videnskabsmænd i Singapore. I et kommende papir, der skal offentliggøres i tidsskriftet Videnskab , en forskergruppe ledet af professor Choon-Hong Tan fra Nanyang Technological University (NTU) rapporterer, at SN2-reaktioner også kan forekomme via "frontside-angreb, "hvorved nukleofilen nærmer sig molekylet på samme side som den afgående gruppe.

En af de vigtigste egenskaber ved en standard S _N 2 reaktion er, at nukleofilen, ved at forsøge et bagsideangreb, er blokeret af andre dele af molekylet. Dette fænomen, kaldet "sterisk hindring, "pålægger strenge grænser for, hvor hurtigt S _N 2 reaktioner kan ske. Derimod den nyopdagede reaktion, som forskerne kalder S _N 2X, opstår via frontsideangreb og er ikke tilbøjelig til sterisk hindring.

Opdagelsen af ​​S _N 2X reaktion involverede en betydelig mængde kemisk detektivarbejde. "Vi var nødt til at designe vores eksperiment for at udelukke mulighederne for flere andre typer reaktioner, samt omhyggeligt at kontrollere, at reaktionens biprodukter var i overensstemmelse med vores fortolkning, " kommenterede Xin Zhang, en NTU kandidatstuderende, der var den første forfatter på papiret.

Fraværet af sterisk hindring i S _N 2X betyder, at visse reaktioner i organisk kemi kan udføres mere effektivt end tidligere antaget. "I avisen, vi demonstrerede S _N 2X reaktion i et specielt udvalgt sæt af reaktioner - enantioselektive reaktioner af sterisk hindrede tertiære halogenider, " forklarede professor Tan. "Men nu hvor et eksempel er fundet, det virker meget sandsynligt, at andre vil følge efter. Revisionen af ​​en sådan grundlæggende del af organisk kemi betyder, at mange reaktioner, hvilke kemikere troede vi forstod, måske nu skal undersøges igen. Dette kan have vidtrækkende konsekvenser i hele feltet."