அல்கைல் ஏலைட்டுகள்

முழுமையான பார்வை — அல்கைல் ஏலைட்டுகள் எவை?

ஒரு அல்கைல் கூட்டத்தில் (alkyl group) உள்ள ஐதரசன் அணு ஒன்று ஓர் அலசன் (halogen) அணுவால் பிரதியீடு செய்யப்பட்டால் உருவாகும் சேர்வையே அல்கைல் ஏலைட்டு (alkyl halide) என அழைக்கப்படுகின்றது. இவை R–X என்னும் பொதுச் சூத்திரத்தால் குறிக்கப்படுகின்றன; இங்கு R என்பது ஓர் அல்கைல் கூட்டத்தையும், X என்பது புளோரின் (F), குளோரின் (Cl), புரோமின் (Br) அல்லது அயடின் (I) ஆகிய அலசன்களுள் ஒன்றையும் குறிக்கின்றது. குளோரோமீத்தேன் (CH₃Cl), புரோமோஈத்தேன் (C₂H₅Br) மற்றும் 2-புரோமோபுரோப்பேன் (CH₃CHBrCH₃) ஆகியன அல்கைல் ஏலைட்டுகளுக்கு எளிய உதாரணங்களாகும்.

அல்கைல் ஏலைட்டுகள் முனைவாக்கமுள்ள (polar) சேர்வைகளாகும். இம்முனைவுத்தன்மை காரணமாகவே இவை அலசனற்ற ஐதரோகாபன்களைவிட மிக அதிக வேதி வினைத்திறனைக் (chemical reactivity) காட்டுகின்றன. இப்பாடத்தில் C–X பிணைப்பின் கட்டமைப்பு, அதன் முனைவாக்கம், அல்கைல் ஏலைட்டுகளின் வகைப்பாடு, அவை எவ்வாறு கருநாடிகளால் (nucleophiles) தாக்கப்படுகின்றன, மேலும் கருநாட்டப் பிரதியீட்டுத் தாக்கங்களின் (nucleophilic substitution reactions) இரு பொறிமுறைகளான SN1 மற்றும் SN2 ஆகியன ஆராயப்படுகின்றன.

1. C–X பிணைப்பின் கட்டமைப்பும் முனைவாக்கமும் (NIE 2.6)

அல்கைல் ஏலைட்டுகளின் வேதியியலின் மையம் அவற்றில் உள்ள காபன்–அலசன் பிணைப்பேயாகும் (C–X bond). காபன் அணுவுடன் ஒப்பிடும்போது அலசன் அணு உயர் மின்னெதிர்த்தன்மை (electronegativity) கொண்டது. எனவே C–X பிணைப்பிலுள்ள பகிரப்பட்ட இலத்திரன் சோடி அலசன் அணுவை நோக்கி அதிகமாக ஈர்க்கப்படுகின்றது; இதன் விளைவாக அப்பிணைப்பு முனைவாக்கமடைகின்றது.

இம்முனைவாக்கத்தின் காரணமாக அலசன் அணு ஒரு பகுதி எதிர் ஏற்றத்தையும் (δ−), அதனுடன் பிணைக்கப்பட்ட காபன் அணு ஒரு பகுதி நேர் ஏற்றத்தையும் (δ+) பெறுகின்றது. இவ்வாறு இலத்திரன் பற்றாக்குறை கொண்ட காபன் அணுவே (electron-deficient carbon) கருநாடிகளால் தாக்கப்படக்கூடிய ஓர் இடமாக அமைகின்றது. கருநாடி என்பது ஒரு பகிராத இலத்திரன் சோடியைக் கொண்ட, இலத்திரன் செறிவான ஓர் இனமாகும்; அது தனது இலத்திரன் சோடியைப் பயன்படுத்தி δ+ காபன் அணுவுடன் புதிய பிணைப்பை உருவாக்குகின்றது.

1.1 முதல், வழி, புடை அல்கைல் ஏலைட்டுகள்

அலசன் அணுவைச் சுமக்கும் காபன் அணுவுடன் நேரடியாகப் பிணைக்கப்பட்டுள்ள வேறு காபன் அணுக்களின் எண்ணிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டு அல்கைல் ஏலைட்டுகள் மூன்று வகையாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. அலசனைச் சுமக்கும் காபன் ஒரே ஒரு வேறு காபனுடன் (அல்லது எதனுடனும்) பிணைந்திருந்தால் அது முதல் அல்கைல் ஏலைட்டு (primary, 1°) எனப்படும். அது இரண்டு வேறு காபன்களுடன் பிணைந்திருந்தால் வழி அல்கைல் ஏலைட்டு (secondary, 2°) எனவும், மூன்று வேறு காபன்களுடன் பிணைந்திருந்தால் புடை அல்கைல் ஏலைட்டு (tertiary, 3°) எனவும் அழைக்கப்படும்.

இவ்வகைப்பாடு வெறும் பெயரிடலுக்காக மட்டுமன்று; ஓர் அல்கைல் ஏலைட்டு எந்தப் பொறிமுறையின் வழியாகத் தாக்கமடைகின்றது என்பதை இவ்வகையே நேரடியாகத் தீர்மானிக்கின்றது. ஆகவே இம்மூன்று வகைகளையும் தெளிவாக அடையாளம் காண்பது இப்பாடத்தின் அடிப்படையாகும்.

1.2 C–X பிணைப்பு வலிமையும் வெளியேறும் கூட்டத் திறனும்

நான்கு அலசன்களுள் C–X பிணைப்பின் வலிமை ஒரே மாதிரியாக இல்லை. குழுவில் மேலிருந்து கீழாக நகரும்போது அலசன் அணுவின் பருமன் கூடுகின்றது; அதனால் பகிரப்பட்ட இலத்திரன் சோடி அலசன் அணுக்கருவிலிருந்து தொலைவில் அமைகின்றது. இதன் விளைவாக C–F பிணைப்பு மிக வலிமையானதாகவும், C–I பிணைப்பு மிகப் பலவீனமானதாகவும் அமைகின்றது (C–F > C–Cl > C–Br > C–I).

கருநாட்டப் பிரதியீட்டுத் தாக்கத்தின்போது C–X பிணைப்பு உடைந்து அலசன் ஓர் ஏலைட்டு அயனாக (X⁻) வெளியேறுகின்றது. ஆகவே எந்தப் பிணைப்பு இலகுவாக உடைகின்றதோ, அந்த அலசனே மிகச் சிறந்த வெளியேறும் கூட்டமாக (leaving group) அமைகின்றது. மிகப் பலவீனமான C–I பிணைப்பு எளிதில் உடைவதால் அயடைடு (I⁻) மிகச் சிறந்த வெளியேறும் கூட்டமாகும். ஆகவே அல்கைல் ஏலைட்டுகளின் வினைத்திறன் I > Br > Cl > F என்னும் வரிசையில் அமைகின்றது.

1.3 அல்கைல் ஏலைட்டுகளின் சிறப்பியல்புத் தாக்கங்கள்

முனைவாக்கமுள்ள C–X பிணைப்பின் காரணமாக அல்கைல் ஏலைட்டுகள் இரு பெரும் வகையான தாக்கங்களில் ஈடுபடுகின்றன. முதலாவது கருநாட்டப் பிரதியீட்டுத் தாக்கமாகும்; இங்கு ஒரு கருநாடி அலசனைப் பிரதியீடு செய்து புதிய பிணைப்பை உருவாக்குகின்றது. பல்வேறு கருநாடிகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் ஒரே அல்கைல் ஏலைட்டிலிருந்து பல வேறுபட்ட சேர்வைகளைப் பெறலாம்.

கருநாடி	உருவாகும் சேர்வை	உதாரணத் தாக்கம்
ஐதரொட்சைல் அயன் OH⁻	அல்ககோல் (alcohol)	R–X + OH⁻ → R–OH + X⁻
சயனைடு அயன் CN⁻	நைற்றைல் (nitrile)	R–X + CN⁻ → R–CN + X⁻
அமோனியா NH₃	அமீன் (amine)	R–X + NH₃ → R–NH₂ + HX
அல்கொட்சைடு அயன் RO⁻	ஈதர் (ether)	R–X + R′O⁻ → R–O–R′ + X⁻

இரண்டாவது வகை நீக்கல் தாக்கமாகும் (elimination reaction). இங்கு வினைபடி ஒரு கருநாடியாக அன்றி, ஒரு மூலமாகச் (base) செயற்பட்டு, அலசனைச் சுமக்கும் காபனுக்கு அடுத்த காபன் அணுவிலிருந்து ஓர் ஐதரசன் அணுவை அகற்றுகின்றது. அலசனும் அந்த ஐதரசனும் ஒன்றாக நீக்கப்படுவதால் ஓர் இரட்டைப் பிணைப்பு உருவாகி அல்கீன் (alkene) கிடைக்கின்றது. கருநாட்டப் பிரதியீட்டுத் தாக்கமும் நீக்கல் தாக்கமும் ஒன்றுடன் ஒன்று போட்டியிடும் தாக்கங்களாகும்; அவற்றுள் எது மேலோங்கும் என்பது தாக்க நிபந்தனைகளிலும் வினைபடியிலும் தங்கியுள்ளது.

2. கருநாட்டப் பிரதியீட்டுத் தாக்கம் — பொறிமுறையின் நேரம் (NIE 2.7)

ஒவ்வொரு கருநாட்டப் பிரதியீட்டுத் தாக்கத்திலும் இரண்டு அடிப்படை நிகழ்வுகள் நடக்கின்றன: பழைய C–X பிணைப்பு உடைதலும், புதிய காபன்–கருநாடிப் பிணைப்பு உருவாதலும். இவ்விரு நிகழ்வுகளும் எந்த நேரத்தில் நடக்கின்றன என்னும் கேள்வியே SN1, SN2 என்னும் இரு பொறிமுறைகளை ஒன்றிலிருந்து ஒன்று வேறுபடுத்துகின்றது.

பிணைப்பு உடைதலும் பிணைப்பு உருவாதலும் ஒரே நேரத்தில் நடந்தால் தாக்கம் ஒரு படியில் முடிகின்றது; இது SN2 பொறிமுறையாகும். மாறாக, பிணைப்பு உடைதல் முதலில் நடந்து, பிணைப்பு உருவாதல் பின்னர் தனியான ஒரு படியில் நடந்தால் தாக்கம் இரு படிகளில் நிகழ்கின்றது; இது SN1 பொறிமுறையாகும்.

2.1 SN2 பொறிமுறை — ஒரே படியில் நிகழும் தாக்கம்

SN2 என்பது "இருமூலக்கூற்றுக் கருநாட்டப் பிரதியீடு" (Substitution Nucleophilic Bimolecular) என்பதைக் குறிக்கின்றது. இப்பொறிமுறையில் பிணைப்பு உடைதலும் பிணைப்பு உருவாதலும் ஒரே ஒருங்கிணைந்த படியில் நடக்கின்றன. கருநாடி, அலசன் அணுவுக்கு எதிர்ப் பக்கத்திலிருந்து (backside attack) காபன் அணுவை நெருங்குகின்றது; அதேவேளை C–X பிணைப்பு படிப்படியாக உடைகின்றது.

இவ்வாறு கருநாடி பாதி பிணைந்தும், அலசன் பாதி உடைந்தும் இருக்கும் ஓர் ஒற்றை இடைநிலை நிலையை (transition state) தாக்கம் கடந்து செல்கின்றது. இந்த இடைநிலை நிலையில் காபன் அணுவைச் சுற்றியுள்ள மூன்று வேறு குழுக்கள் ஒரே தளத்தில் அமைகின்றன. தாக்கம் முடியும்போது அக்குழுக்கள் முழுமையாக மறுபக்கம் திரும்புகின்றன — இது குடையொன்று காற்றில் தலைகீழாக மடங்குவதைப் போன்றது. இவ்வாறு காபன் அணுவைச் சுற்றிய அமைப்பு தலைகீழாக மாறுவதையே அமைப்பின் தலைகீழ்மை (inversion of configuration) அல்லது வால்டன் தலைகீழ்மை (Walden inversion) என அழைக்கின்றோம்.

தாக்கம் ஒரே ஒரு படியில் நடப்பதால், அந்தப் படியில் C–X பிணைப்பும் கருநாடியும் இரண்டுமே பங்குபெறுகின்றன. ஆகவே தாக்க வீதம் அல்கைல் ஏலைட்டின் செறிவிலும் கருநாடியின் செறிவிலும் தங்கியுள்ளது: வீதம் = k[RX][Nu⁻]. இவ்வாறு வீதச் சமன்பாட்டில் இரு செறிவுகள் இடம்பெறுவதால் SN2 தாக்கம் இரண்டாம் தர (second order) தாக்கமாகும்.

கருநாடி காபன் அணுவை நேரடியாக நெருங்க வேண்டியிருப்பதால், அக்காபனைச் சுற்றி அதிக இடம் இருப்பது அவசியம். ஆகவே அலசனைச் சுமக்கும் காபனைச் சுற்றி மிகக் குறைந்த இடப்பாதிப்பைக் (steric hindrance) கொண்ட முதல் (1°) அல்கைல் ஏலைட்டுகளே SN2 பொறிமுறையை மிகச் சிறப்பாகக் கடைப்பிடிக்கின்றன. புடை (3°) அல்கைல் ஏலைட்டுகளில் காபனைச் சுற்றியுள்ள மூன்று பருமனான கூட்டங்கள் கருநாடியின் நெருக்கத்தைத் தடுப்பதால் அவை SN2 வழியில் தாக்கமடைவதில்லை.

2.2 SN1 பொறிமுறை — இரு படிகளில் நிகழும் தாக்கம்

SN1 என்பது "ஒருமூலக்கூற்றுக் கருநாட்டப் பிரதியீடு" (Substitution Nucleophilic Unimolecular) என்பதைக் குறிக்கின்றது. இப்பொறிமுறையில் C–X பிணைப்பு முதலில் தானாகவே உடைகின்றது. இவ்வாறு அலசன் ஓர் ஏலைட்டு அயனாக வெளியேறும்போது, காபன் அணுவில் ஒரு முழு நேர் ஏற்றம் தோன்றி ஓர் காபோகற்றயன் (carbocation) என்னும் இடைநிலை இனம் உருவாகின்றது. இதுவே தாக்கத்தின் முதல், மெதுவான படியாகும்.

இரண்டாவது படியில், உருவான காபோகற்றயனை கருநாடி வேகமாகத் தாக்கி அதனுடன் புதிய பிணைப்பை உருவாக்குகின்றது. காபோகற்றயன் ஒரு தட்டையான (planar) அமைப்பைக் கொண்டிருப்பதால், கருநாடி அதன் இரு பக்கங்களிலிருந்தும் சமவாய்ப்புடன் தாக்கக்கூடியது. இதன் விளைவாக அமைப்பின் இரு வடிவங்களும் கிட்டத்தட்ட சம அளவில் உருவாகின்றன; இந்நிகழ்வு இனப்பெருக்கு இழப்பு அல்லது இரேசிமேற்றம் (racemisation) என அழைக்கப்படுகின்றது.

தாக்கத்தின் வீதம் மெதுவான முதல் படியால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றது. அந்த முதல் படியில் C–X பிணைப்பு உடைதல் மட்டுமே நடக்கின்றது; கருநாடி அதில் பங்குபெறுவதில்லை. ஆகவே தாக்க வீதம் அல்கைல் ஏலைட்டின் செறிவில் மட்டுமே தங்கியுள்ளது: வீதம் = k[RX]. கருநாடியின் செறிவு வீதத்தை எவ்வாறும் பாதிக்காது; எனவே SN1 தாக்கம் முதல் தர (first order) தாக்கமாகும்.

2.3 காபோகற்றயன் உறுதியும் இடப்பாதிப்பும்

SN1 தாக்கத்தின் மெதுவான படி காபோகற்றயன் உருவாதலாகும்; எனவே எவ்வளவு உறுதியான காபோகற்றயன் உருவாகின்றதோ, அவ்வளவு இலகுவாக SN1 தாக்கம் நடக்கின்றது. அல்கைல் கூட்டங்கள் இலத்திரன்களைத் தள்ளும் இயல்பு (electron-donating) கொண்டவை; ஆகவே நேர் ஏற்றம் கொண்ட காபன் அணுவைச் சுற்றி அதிக அல்கைல் கூட்டங்கள் இருப்பின் அந்தக் காபோகற்றயன் மேலும் உறுதியடைகின்றது. ஆகவே காபோகற்றயன் உறுதி புடை (3°) > வழி (2°) > முதல் (1°) என்னும் வரிசையில் அமைகின்றது.

புடை (3°) அல்கைல் ஏலைட்டே மிக உறுதியான 3° காபோகற்றயனை உருவாக்க முடிவதால், புடை அல்கைல் ஏலைட்டுகளே SN1 பொறிமுறையை மிகச் சிறப்பாகக் கடைப்பிடிக்கின்றன. மேலும் புடை காபனைச் சுற்றியுள்ள மூன்று பருமனான கூட்டங்கள் SN2-இல் தேவைப்படும் எதிர்ப் பக்கத் தாக்கத்தைத் தடுக்கின்றன; ஆகவே இடப்பாதிப்பும் புடை அல்கைல் ஏலைட்டுகளை SN1 பாதைக்கே வழிநடத்துகின்றது. முதல் (1°) அல்கைல் ஏலைட்டுகள் உருவாக்கும் 1° காபோகற்றயன் மிகவும் உறுதியற்றதால் அவை SN1 வழியில் தாக்கமடைவதில்லை.

3. SN1, SN2 ஒப்பீடு

இரு பொறிமுறைகளும் ஓர் அல்கைல் ஏலைட்டிலிருந்து ஒரே விளைவைத் தரக்கூடியன; ஆனால் அவற்றின் படிகள், வீத விதி, தரம், சமவெளி வேதியியல் மற்றும் எந்த வினைபடியை விரும்புகின்றன என்பவை அடிப்படையில் வேறுபடுகின்றன. கீழுள்ள அட்டவணை இவ்வேறுபாடுகளை ஒருங்கே தொகுக்கின்றது.

பண்பு	SN2	SN1
படிகளின் எண்ணிக்கை	ஒரே ஒரு ஒருங்கிணைந்த படி	இரு படிகள்
பிணைப்பு உடைதல் / உருவாதல்	ஒரே நேரத்தில்	உடைதல் முதலில், உருவாதல் பின்னர்
இடைநிலை இனம்	இல்லை (ஒரே இடைநிலை நிலை மட்டும்)	காபோகற்றயன் இடைநிலை இனம்
வீத விதி	வீதம் = k[RX][Nu⁻]	வீதம் = k[RX]
தாக்கத் தரம்	இரண்டாம் தரம்	முதல் தரம்
கருநாடியின் செல்வாக்கு	வீதத்தைப் பாதிக்கும்	வீதத்தைப் பாதிக்காது
சமவெளி வேதியியல்	அமைப்பின் தலைகீழ்மை	இரேசிமேற்றம்
விரும்பப்படும் வினைபடி	முதல் (1°) அல்கைல் ஏலைட்டு	புடை (3°) அல்கைல் ஏலைட்டு
தீர்மானிக்கும் காரணி	குறைந்த இடப்பாதிப்பு	உறுதியான காபோகற்றயன்

வழி (2°) அல்கைல் ஏலைட்டுகள் இவ்விரு பாதைகளுக்கும் இடைப்பட்ட இயல்பைக் காட்டுகின்றன; அவை தாக்க நிபந்தனைகளுக்கு ஏற்ப SN1 அல்லது SN2 வழியில் தாக்கமடையக்கூடியன.

🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram