تفاعلات الحذف في الألكانات

ما هي تفاعلات الحذف؟

تفاعلات الحذف: هي أي فئة من التفاعلاتالكيميائية العضوية يتم فيها حذف أو إزالة زوج من الذرات أو مجموعات الذرات من الجزيء عادةً من خلال عمل الأحماض أو القواعد أو المعادن، وفي بعض الحالات عن طريق التسخين إلى درجة حرارة عالية، إنّها العملية الرئيسية التي يتم من خلالها تحويل المركبات العضوية التي تحتوي فقط على روابط كربون – كربون واحدة (مركبات مشبعة) إلى مركبات تحتوي على روابط كربون – كربون مزدوجة أو ثلاثية (مركبات غير مشبعة).

تُعرف تفاعلات الحذف عادةً بنوع الذرات أو مجموعات الذرات التي تغادر الجزيء، على سبيل المثال: تُعرف إزالة ذرة الهيدروجين وذرة الهالوجين باسم نزع الهالوجين وعندما تكون كلتا الذرات الخارجة من الهالوجينات يُعرف التفاعل باسم إزالة الهالوجين. وبالمثل يُعرف التخلص من جزيء الماء عادةً من الكحول بالجفاف وعندما تكون كلتا الذرتين الخارجتين ذرات هيدروجين يُعرف التفاعل باسم نزع الهيدروجين.

تصنيف تفاعلات الحذف

تصنّف تفاعلات الحذف أيضًا على أنها (E1) أو (E2) اعتمادًا على حركية التفاعل، في تفاعل (E1) يكون معدل التفاعل متناسبًا مع تركيز المادة المراد تحويلها أمّا في تفاعل (E2)، يكون معدل التفاعل متناسبًا مع تركيزات كل من الركيزة وعامل الإزالة.

تتشكل روابط الكربون في تفاعلات الحذف التي تكون فيها الذرات أو مجموعات تتم إزالة الذرات من اثنين من ذرات الكربون المتجاورة التي تمّ ربطها بالفعل معًا. يمكن أن تشمل المواد المتفاعلة لتفاعلات الحذف أو الإزالة للألكانات أو الكحولات أو الأمينات. تحدث معظم تفاعلات الإزالة بواسطة آليات (E1) أو (E2) آلية (E1) عبارة عن تفاعل خطوتين مع (carbocation) وسيط، بينما آلية (E2) عبارة عن تفاعل واحد عملية خطوة، تشكل الهياكل الكربونية للكربوهيدرات خلال (E1) ردود الفعل في بعض الأحيان إعادة ترتيب.

ما هو مبدأ تفاعلات الحذف؟

يقوم تفاعل الحذف بإزالة الذرات من الجزيء ويتم ذلك من أجل إنشاء رابطة ثنائية بين الكربون والكربون ويمكن القيام بذلك باستخدام قاعدة أو حمض، تفاعلات الإزالة التي تستخدم قاعدة تستخدم هاليد الألكيل كمادة أولية أمّا تفاعلات الإزالة التي تستخدم الحمض تستخدم الكحول كمواد أولية.

ينتج كلا النوعين من التفاعلات ألكين وهو هيدروكربون مع رابطة كربون – كربون مزدوجة وتتضمن العديد من تفاعلات الحذف (الإزالة) الألكانات وهي سلاسل كربون مشبعة بالكامل (عادةً مع ذرات الهيدروجين)، وقد يكون الانتقال من ألكان إلى ألكين (سلسلته الكربونية غير مشبعة بالكامل) أمرًا صعبًا للغاية لكن تفاعلات الحذف تجعل هذا التغيير ممكنًا.

تفاعلات الحذف في الكحول

في تفاعلات الحذف في الكحول نريد إزالة الهيدروجين من ألكان لتكوين ألكين لكنّ الـ (pKa) للألكان النموذجي يبلغ حوالي (60) والـ (pKa) هي إحدى الطرق المستخدمة لقياس حموضة المركب، فكلما زاد (pKa) كان الحمض أضعف. الأحماض القوية تتخلى بسهولة عن الهيدروجين بينما الحمض الضعيف (أو القاعدة) لن يتخلى عن الهيدروجين إذاً كيف من الممكن صنع ألكينًا من ألكان؟

بناءاً على ما سبق يمكن القيام بذلك عن طريق جعل الألكان يحتوي على (carbocation) والكربوهيدرات عبارة عن كربون له شحنة موجبة عليه ويكون (carbocation) أكثر استعدادًا للتخلي عن الهيدروجين لأنّ (pKa) الخاص به هو (3) وهو أقل بكثير من (pKa) للألكان. من أجل صنع (carbocation) نستخدم الكحول ويمكن أن يتحول الكحول بسهولة إلى بروتونات ويتم ذلك ببساطة عن طريق وضع هيدروجين إضافي على الكحول، يمكن للأحماض الشائعة، مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك وبروتونات الكحول، هذا الكحول البروتوني يكون الأكسجين فيه أكثر كهروسلبية من الكربون لذلك يمكنه فقط ترك الكربون ثمّ يترك الكحول البروتوني في صورة ماء والآن تشكلت لدينا (carbocation) لذلك يمكن إزالة الهيدروجين عن طريق أي قاعدة (حتى لو كانت قاعدة ضعيفة) وإنشاء رابطة مزدوجة.

تفاعلات الحذف في هاليدات الألكيل

تختلف آلية تفاعل هاليدات الألكيل في تفاعل الحذف عن تفاعلات التخلص من الكحول، هاليد الألكيل عبارة عن سلسلة كربون حيث يتم توصيل واحد أو أكثر من الكربون بهالوجين، مثل البروم وبما أنّ الهالوجينات هي أكثر كهرسلبية من الكربون فإنّ الكثير من كثافة الإلكترون تتواجد مع الهالوجين بدلاً من الكربون، وهذا يجعل ذرات الكربون محبة للكهرباء أو محبة للإلكترون لذلك قد يحتاج الكربون إلى المزيد من الإلكترونات.

تفاعل نزع الهالوجين في الألكان

في عملية نزع الهالوجين يتعرض الهالوألكان لقاعدة ثمّ تساعد القاعدة على التخلص من الهالوجين وذرة الهيدروجين ثمّ تتشكل رابطة مزدوجة (ألكان ← ألكين)، يعتبر نزع الهلجنة عكس عملية الهالوجين المائي ويعتبر التخلص من اليود من اليودويثان مثالاً على نزع الهالوجين.