تفاعلات الهاليدات العضوية
(1) تكوين كاشف جرينارد Grignard Reagent
- تتفاعل الهاليدات العضوية سواء الأليفاتية أو الأروماتية مع المغنسيوم وجود الايثر الجاف لتعطي كاشف جرينارد إلا أن الهاليدات الأليفاتية تتفاعل بشكل أنشط مع المغنسيوم.
- ولمركبات جرينارد هذه أهمية كبيرة في تحضير العديد من المركبات العضوية وقد سبق وأن أوضحنا استخدامها في تحضير الألكانات،
- تشغل مركبات جرينارد حيزاً كبيراً في المختبرات لتحضير العديد من المركبات العضوية مثل الكحولات والحموض الكربوكسيلية.
(2) الإستبدال الأروماتي الالكتروفيلي
- هذا النوع من التفاعلات يخص الهاليدات الأروماتية وقد سبق وأن أشرنا إلى هذا النوع من التفاعلات (الفاعلية والتوجية في مشتقات البنزين) وكيف أن الهالوجين العالم عندما يكون مرتبطاً بالحلقة الأروماتية يثبط تفاعل الإستبدال الالكتروفيلي ويوجه المجموعة الالكتروفيلية إلى المواضع أرثو وبارا على الحلقة الأروماتية.
(3) الإستبدال النيكلوفيلي Nucleophilic Substitution
- يعتبر أيون الهاليد قاعدة ضعيفة أي أيون مستقر وبالتالي فإن القواعد الأكثر قوة (أقل استقراراً، أو بمعنى آخر أكثر نشاطاً) يمكن أن تحل محل أيون الهاليد.
- هذه القواعد تحمل زوجاً الكترونياً حراً (غير مشترك) وتبحث عن موقع موجب.
- تسمى تلك القواعد الغنية بالالكترونات بالكواشف النيكليوفيلية Nucleophilic reagents أي الكواشف المحبة للنواة، وبالتالي فإن هذه التفاعلات تسمى إستبدال (إحلال) نيكلوفيلي حيث تحل تلك القواعد (النيكلوفيلات) محل أيون الهاليد.
- ويمكن ترتيب نشاط الهاليدات الألكيلية تجاه الاستبدال التيكلوفيلي على النحو التالي :
R - I > R - Br > R -Cl > R -F
- وهذا يعود إلى قوة الرابطة بين الهالوجين والكربون وعلى مدى ثبات أيون الهاليد الناتج (المجموعة المزاحة) حيث تأخذ الترتيب التالي:
هذا وتتفاعل الهاليدات الألكيلية مع عدد كبير من الكواشف النيكليوفيلية لتعطي نواتج مختلفة ذات أهمية كبيرة.
- ويمكن تقسيم العوامل النيكليوفيلية إلى نوعين:
( أ ) نيكلوفيلات تحمل شحنة سالبة على هيئة أيون
- مثل أيون الهيدروكسيد (OH-) وأيون الألكوكسيد ( -RO) وأيون السيانيد (CN-) وأيون الهاليد (-X) وغيرها.
(ب) نيكلوفيلات متعادلة ولكن تحمل زوجاً الكترونياً حراً
- مثل الماء (H2O) والأمونيا (NH3) والكحول (ROH) وغيرها.
- وفيما يلي أمثلة على تفاعلات الإستبدال النيكليوفيلية للهاليدات الألكيلية
- يتم الإستبدال النيكليوفيلي على مجموعات فعالة أخرى بالإضافة إلى الهاليدات الألكيلية مثل الكحولات وغيرها
- وتجدر الإشارة إلى أن الإستبدال النيكليوفيلي يتم بصعوبة كبيرة جداً في حالة الهاليدات الأروماتية وكذلك هاليدات الفاينل Vinyl halides (والتي فيها ذرة الهالوجين مرتبطة مباشرة بذرة كربون الرابطة المضاعفة).
- فمثلاً نجد أنه يمكن التعرف على الهاليدات الألكيلية بترسب هالید الفضة عديم الذوبان وذلك عند تدفئة هذه الهاليدات مع کاشف نترات الفضة الكحولية. ولكن لايتم هذا التفاعل مع الهاليدات الأروماتية أو مع هاليدات الفاينل>
↓-R - X + Ag+ → R+ + Ag+ X
- ويرجع السبب إلى أن الرابطة بين الهالوجين والكربون في الهاليدات الأروماتية أو هاليدات الفاينل أقوى منها في حالة الهاليدات الألكيلية.
- يرجع سبب قوة الرابطة إلى إمكانية حدوث تأرجح بين أزواج الالكترونات الحرة في الهالوجين والكترونات باى في الحلقة الأروماتية أو الرابطة المضاعفة.
- هذا التأرجح (الرنين) يجعل الرابطة بين الهالوجين والكربون في تلك الهاليدات تأخذ صفة الرابطة المضاعفة والتي هي أقوى من الرابطة الأحادية.
- كما أن الهالوجين في تلك الهاليدات مرتبط بذرة كربون ذات الهجين sp2 وهذا يعني أن الرابطة بينهما أقصر وأقوى مما هو عليه الحال في هاليدات الألكيل حيث أن الهالوجين في الأخيرة مرتبط بذرة كربون ذات هجين sp3
- لذلك نجد أنه لكي يتفاعل كلوروبنزين مع هيدروكسيد الصوديوم يجب أن نرفع درجة حرارة التفاعل إلى ٣٥٠ مo تحت ضغط عالي جداً (٤٥٠٠ رطل/ إنش٢)
- وكذلك يتفاعل كلوروبنزين مع الأمونيا ولكن تحت ظروف قاسية ليعطي الأنيلين.
- وفي حالة وجود مجموعات ساحبة للالكترونات على الحلقة الأروماتية فإن ذلك ينشط تلك الهاليدات تجاه الإستبدال النيكليوفيلي ويمكن فهم ذلك من دراسة ميكانيكة التفاعل.
- تتم ميكانيكة التفاعل في خطوتين، الأولى هجوم نيكليوفيلي على الحلقة لتكوين أيون كربانيون أنيون الكربون، والثانية انتزاع أيون الهاليد ليعطي الناتج الخطوة الأولى هي الخطوة البطيئة وبالتالي هي المحددة لسرعة التفاعل.
لذلك فإن وجود مجموعات ساحبة للالكترونات مثل مجموعة (NO2-)، وبالذات في موضعي أرثو وبارا، سوف تزيد من ثبات الحالة الانتقالية المؤدية إلى أيون الكربانيون وهذا يؤدي إلى تنشيط التفاعل.
لذلك نجد أن التفاعلين السابقين يحدثان تحت ظروف أسهل في وجود مجموعات النيترو على المواقع أرثو وبارا على الحلقة الأروماتية كما يتضح من المعادلات الآتية:
