Tepkime mekanizmalarının genel mantığı

Sanılanın aksine mekanizmaların hemen hemen hepsinin bir mantığı vardır. Ezbere dayalı değildir. Ezberlemeye kalkarsanız yanarsınız. Şimdiden çalışmalara başlarsanız, her gün iki saat ezberleyip 4 yılda filan bitirebilirsiniz belki. Ama size altın bir kural öğreteyim. Aslında çok basit. Siz de biliyorsunuz. Kural şu: artı ile eksi yükler birbirini çeker. Olay bundan ibaret degil ancak. Neyin ne kadar arti, neyin ne kadar eksi oldugunu da bilmek gerekir. Bu da elektronegativite ve Moleküler Orbital Teorisi bilgileri ile az çok mümkündür.

Nükleofil ve Elektrofil

En kisa haliyle, elektrofil elektronca fakir, nükleofil ise elektronca zengin demektir.

Nükleofiller, eksi yük iceren ya da serbest (eslesmemis elektron) elektron cifti iceren moleküllerdir. NH3, H2O, Et3N, R-SH gibi serbest elektron cifti iceren moleküller ya da I-, OH-, H-, N3- gibi eksi yük iceren moleküllerdir.

Elektrofiller ise arti yük iceren ya da elektronegatif atomlarin elektron sömürmesinden dolayi elektronca fakirlesip, kismi arti yüklü hale gelen moleküllerdir. H+, BH3, AlCl3, her türlü karbonil grubu, elektrofillere örnek verilebilir.

Elektrofil-Nükleofil kavramlarini Moleküler Orbital Teorisi ile aciklayacak olursak, Elektrofiller elektron alabilecek düsük enerjili LUMO ya, Nükleofiller de elektron verebilecek yüksek enerjili HOMO ya sahip moleküllerdir diyebiliriz. Bir elektrofilin ya da nükleofilin ne kadar iyi bir elektrofil ya da nükleofil olduklarini karsilastirmak ve de tepkimeleri tahmin etmek icin ise LUMO ve HOMO enerji seviyelerini göreceli olarak bilmek de fayda vardir. Bu elektrofil ya da nüklefildeki tepkimeye giren atomun elektronegatifiliginden yola cikarak yapilabilir. Örnegin, azor atomu oksijenden daha az elektronegatif oldugundan, HOMO enerji seviyesi oksijeninkinden daha yüksektir. Elektronegatif atomlar elektronlari daha iyi cektikleri icin elektronlar cekirdege yakin ve de dolayisiyla daha enerjetik durumdadir. Burdan yola cikarak Azot iceren nükleofiller oksijen iceren benzer nükleofillerden daha reaktiftir diyebiliriz.

Tepkimelerde Öncelik Sirasi

Tepkimlerdeki öncelik sirasini anlayabilmek icin atomlarin elektronegatifliklerini bilmek gerekir. Hatta bazen bu da yeterli olmamaktadir. Reaktiflerin HOMO ve LUMO enerji seviyleri hakkinda da kabaca fikir sahibi olmak gerekebiliyor. Pozitif olan veya elektronca fakir olan(elektrofil) gruplarin LUMO lari ne kadar dusukse o kadar rekatiftir. Benzer olarak elektronca zengin (nukleofiller) atomlarin da HOMO larinin yuksek olmalari gerekir. yani, HOMO su daha yuksek olan atom daha iyi nukleofil, LUMO su daha dusuk olan atom ise daha iyi elektrofil olmus oluyor. Simdi her zaman HOMO ve LUMO`yu bilmek mumkun degil ama genel olarak basit nuklefillerde bunun bilmek pek de zor degil. Ve de basit nukleofillerden yola cikarak da dogru genellemeler yapmak mumkun.

Mesela, H2O ve de NH3`u karsilastircak olursak: oksijen daha elektronegatif bir atom, yani elektronlarini cok daha siki bir sekilde tutuyor ya da daha bilimsel bir soylemle soyleyecek olursak, elektronlari enerji bakimindan daha dusuk ve cekirdege daha yakin. Yani, oksijenin HOMO sunda bulunan elektronlarin enerjisi daha dusuk. Ve de daha kararli olmus oluyor. NH3`daki azot atomunu H2O`daki oksijenle kiyaslayacak olursak, azot daha az elektronegetif oldugu icin oksijene kiyasla, azottaki elektronlar cekirdekten daha uzak, enerji olarak da biraz daha fazla enerjiye sahiptir.(potansiyel enerji olarak). Yani, azotun HOMO`su daha fazla enerjiye sahip oksijenin HOMO`suna gore.

Simdi, buraya kadar umarim hersey aciktir. Burdan yola cikarsak, azot iceren nuklefiller oksijen icerenlere gore daha reaktif , daha nukleofil olmus oluyor..buradan bir adim oteye gidecek olursakm, fosfor atomu da azottan daha az elektronegatif oldugundan azottan daha iyi bir nuklefoil diyebiliriz cogu zaman. Cogu zaman diyorum cünkü, nükleofillige ya da elektrofillige tek etki eden faktör bunlar degil.

Mitsunobu Tepkimesinin Mekanizmasi

Mekanizmada H-X olarak gösterilen nükleofilin zayif bir asit olmasi gerekiyor. H-X in kuvvetli olmasi durumunda ise X- iyonlarinin zayif nükleofil olmasindan dolayi tepkime sonuc vermemektedir.

H-X icin örnek vermek gerekirse; fosforik asit esterleri, karboksolik asitler, fenol türevleri, imitler, azit, ftalimitler, oksimler, hidroksimatlar,heterosiklik bilesikler, tiyoller, tiyoamitler olabilmektedir.

Delokalizasyon

Bir molekülde elektronlar daha dogrusu yükler(ister arti iste eksi olsun) ne kadar bir yerde sabit olarak kalmiyorsa, o molekül o kadar kararli demektir. Yani, delokalize olabilen, kendini saga sola dagitip, tek bir atomla yetinmeyip bir cok atom tarafindan paylasilan yükler o kadar kararlidir. Bu dedigim seyler, moleküller icin gecerli oldugu gibi ara ürünler icin de gecerlidir.

Elektronlarin, genel olarak da yüklerin delokalize olmasini saglayan 3 etken vardir.
1. Indüktif etki dedigimiz, elektronegativiteden kaynaklanan, sigma bagi üzerinden yük akisi etkisi. Eksi yüklü bir atoma ne kadar elektronegatif bir atom baglanirsa o kadar kararli hale gelir.
2. Rezonans etkisi denilen, elektronlarin pi baglari tarafindan akis etkisi. Bir yük icin ne kadar rezonans yazabiliyorsak, o yük o kadar kararli demektir.
3. .Hiperkonjugasyon denilen sigma baglari ile, pi baglarinin veya p orbitallerinin etkilesmesi sonucu olusan yük akisi. Bu kavramlari en kisa zamanda sekillerle aciklamaya caliscam