السرع النسبية لتفاعلات متنافسة Relative rates of competing reactions

سوف نتوسع كثيراً، في دراستنا للاستبدال النوكليوفيلي، في مفهوم المبدأ الأساسي الذي تقوم عليه الكيمياء العضوية: وهو أن السلوك الكيميائي متعلق بالبنية الجزيئية. وقبل أن نمضي قدماً لنذكر أنفسنا، بشكل عام، كيف نقترب من موضوع السلوك الكيميائي.

يوجد في وعاء التفاعل، تجمع لجزيئات؛ تتخبط وتتصادم مع بعضها بعضاً وأمامها عدد من الخيارات: أي عدد من التفاعلات التي يمكن تصور حدوثها والتفاعل الذي يحدث من بينها – أو على الأقل الذي يسيطر – هو التفاعل الذي يجري بسرعة أكبر، وهكذا يقترب التصرف (السلوك) الكيميائي من موضوع السرع النسبية لتفاعلات متنافسة.

تحدد السرع النسبية، كما رأينا في دراسة هلجنة الألكانات، كما يلي:

• ماذا يجري: تربط ذرة هالوجين، مثلاً، نفسها بهيدروجين من الميتان ثم تنتزع الهيدروجين؛ أما التفاعل البديل أي الارتباط بالكربون مع طرد ذرة هيدروجين فهو أيضاً بكثير وهو في الواقع لا يحدث.
• أين يجري الأمر: تنتزع ذرة هالوجين هيدروجينا من الإيتان بشكل أفضل مما هو في الميتان؛ إنها تفضل التقاط هيدروجين ثالثي على الأولى .
• وحتى إن حدوث أي مما سبق فإن ذرة كلور تنتزع هيدروجيناً من الألكان؛ بينما لا تفعل ذرة اليود ذلك، لأنها تعود لترتبط مع ذرة يود أخرى بشكل أسرع.

يكون التفاعل الكيميائي، إذن، محصلة تنافس؛ إنه سباق يكسب فيه العداء الأسرع. كنا تعلمنا أن العامل الأكثر أهمية في تعيين سرعة التفاعل، هو طاقة التنشيط. ماذا يحاول تجمع الجزيئات أن يفعل، وبالإجمال، ما هو الأسهل بالنسبة لها. إنها تتبع المسار الذي يتطلب الطاقة الأصغر؛ أي أنها تخضع التفاعل تبعاً لطاقة التنشيط الأصغر، (Eact).

وأخيراً، للمساعدة في فهم (Eact)- للتفسير وحتى للتكهن أحياناً – لدينا أداتنا الفكرية الأكثر أهمية من الجميع وهي الحالة الانتقالية. فالتفاعل ذو الحالة الانتقالية الأكثر استقراراً بالنسبة للمتفاعلات، أي ذو طاقة التنشيط (Eact) الأصغر، يكون هو التفاعل الأسرع. إن مفهوم الحالة الانتقالية هو حلقة الوصل الذهنية بين البنية الجزيئية والسلوك الكيميائي.

إن ما قلناه آنفاً قد بني على مسلمة وهي أن المنتجات التي تحصل عليها من تفاعل كيميائي، ومقاديرها النسبية، تعكس السرع النسبية التي تشكلت وفقها تلك المنتجات؛ وهذا يسمح بالقول، متى تكون مركب معين، يستقر ويمكث دون تغير حتى اكتمال التفاعل.