สารมัธยันต์เเละกลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์

คาร์โบแคตไอออน

หมหู่ ลดุ ออกท่ีดี (good leaving group) อกี ประเภทหนึง่ คือหม่ทู ่ีหลุดออกไปแล้วมี
ประจลุ บท่ีมีความเสถียรเนอ่ื งจากสามารถกระจายประจลุ บไปได้ในโมเลกลุ หรือ เปน็ ธาตุท่ีมี
อะตอมใหญ่ๆที่มีคา่ อเิ ล็กโทรเนกาติวติ ี (electronegativity) สูง ได้แก่ Cl, Br, I, ซลั โฟเนต
(RSO3), ฟอสเฟต (RPO4), tosylate (TsO), triflate (TfO),น้า (H2O), แอลกอฮอล์ (R-OH),
เอมนี (R3N)

หมหู่ ลุดออกทไ่ี ม่ดี ได้แก่ OH, RO, NH2, CH3 (ซ่งึ หลดุ ได้ไมด่ เี นื่องจากมี
คณุ สมบัติเปน็ เบสแก)่

ปฏกิ ิรยิ าการขจัดมีกลไกหลักอยู่ 3 กลไกด้วยกนั ซงึ่ เก่ียวเนื่องกบั ลา้ ดับการสร้างหรือ
การแตกพนั ธะของสารตงั้ ตน้ ทม่ี ีหมู่หลดุ ออกอยู่ และการสร้างพนั ธะไพ ไดแ้ ก่ กลไกแบบ E1
(Unimolecular Elimination) E2 (Bimolecular Elimination) และ E1cb (Unimolecular
conjugate base Elimination) แต่สว่ นน้ีจะกล่าวถงึ ปฏิกริ ยิ าการขจัดแบบ E1 ซึ่งเกย่ี วข้องกับ
สารมัธยันตร์ชนดิ คาร์โบแคตไอออน และปฏิกิริยาการขจัดแบบ E2 พอสังเขปเท่านั้น

ปฏิกิรยิ าการขจดั แบบ E1
ปฏิกริ ิยานมี้ ีจลนศาสตร์เป็นปฏิกริ ิยาอนั ดบั หน่ึง (Unimolecular Elimination) ซึ่งอตั รา

การเกิดปฏิกริ ิยาขึ้นกับความเขม้ ขน้ ของสารตั้งตน้ เท่าน้ัน กลไกของปฏกิ ริ ิยา E1 มี 2 ขัน้ ตอน
ต่อเน่ืองกัน ในขัน้ ตอนท่ี 1 หม่ทู ี่หลุดออกที่ดีแตกออกและรับคู่อเิ ลก็ ตรอนไป และได้สารมัธยนั ตร์
ชนดิ คาร์โบแคตไอออนท่เี สถียร โดยขน้ั ตอนนีจ้ ะเกิดช้าและเป็นขัน้ ตอนการก้าหนดปฏกิ ิริยา
(Rate Determining Step) จากน้ันในขน้ั ตอนท่ี 2 เบสจะดึงโปรตอนจากคาร์บอนอะตอมที่อยู่
ติดกนั กับคาร์บอนท่เี ป็นคารโ์ บแคตไอออน โดยเหลืออเิ ล็กตรอนท่ีสร้างพนั ธะไว้และเกดิ ต่อเน่ือง
เป็นการสร้างพันธะไพของแอลคนี

44

คาร์โบแคตไอออน

กลไกการเกิดปฏกิ ริ ยิ าแบบ E1
ข้นั ตอนแรก

ขน้ั ตอนท่สี อง

โดยปกติกลไกแบบ E1 มักจะเกิดข้ึนกับสารต้ังต้นท่ีมีหมู่หลุดออกที่ดีและเมื่อหลุดออก
จะได้คาร์โบแคตไอออนท่ีเสถียร เช่น คาร์โบแคตไอออนชนิดตติยภูมิ แอลลิลิกคาร์โบแคต
ไอออน หรอื เบนซลิ ลกิ คาร์โบแคตไอออน เปน็ ต้น ดงั เช่น

เชน่ เดียวกับปฏกิ ิริยาอืน่ ๆ ท่ีเกยี่ วข้องกับสารมัธยันตร์ชนิดคารโ์ บแคตไอออน ซ่ึงเมอ่ื เกดิ
คาร์โบแคตไอออนข้นึ ในปฏกิ ิรยิ าแลว้ จะสามารถเกิดการจดั ตัวใหม่ (rearrangement) ให้
คารโ์ บแคตไอออนท่ีมคี วามเสถยี รเพ่มิ ข้ึนได้ ดงั นัน้ ในปฏกิ ริ ิยา E1 เม่ือหมู่หลุดออกทดี่ ี หลุด
ออกจากสารตัง้ ตน้ แล้ว และได้สารมัธยันตร์เปน็ คาร์โบแคตไอออนทีเ่ สถยี รนอ้ ย จะสามารถเกิด
การจัดตวั ใหม่ได้เปน็ คาร์โบแคตไอออนที่เสถยี รขึน้ ได้ ตัวอยา่ งเชน่ คาร์โบแคตไอออนชนิด
ทุตยิ ภูมิที่เกิดขึ้นจากกลไกแบบ E1 เกดิ การจัดตวั ใหม่โดยใช้ hydride shift หรอื alkyl-shift
เปล่ยี นเป็นคารโ์ บแคตไอออนชนดิ ตติยภมู ิ

45

คาร์โบแคตไอออน

เน่อื งจากในปฏิกริ ยิ า E1 ข้ันตอนการกา้ หนดปฏิกิริยาเป็นปฏกิ ิริยาในขน้ั ตอนแรก
(ขั้นตอนการเกดิ คาร์โบแคตไอออน) อตั ราเร็วในการเกิดปฏิกริ ิยาจึงขนึ้ กับธรรมชาติและความ
เขม้ ข้นของสารตงั้ ต้นเท่านน้ั แต่ไม่ขึ้นกับความเข้มขน้ ของเบสทเ่ี กี่ยวข้องในปฏิกิริยา ดังน้ันใน
ปฏิกริ ยิ า E1 จงึ ไมจ่ ้าเป็นต้องใชเ้ บสทีแ่ รงในการดึงโปรตอนออกจากคาร์บอนอะตอมท่ีอยู่ติดกัน
กับคาร์บอนทเี่ ปน็ คารโ์ บแคตไอออน เพือ่ สรา้ งพนั ธะไพและเกดิ เป็นแอลคีน ซงึ่ ในกรณนี ส้ี ามารถ
ใช้นา้ (H2O) หรือ แอลกอฮอล์ (ROH เชน่ CH3OH หรอื CH3CH2OH) ซ่ึงท้าหน้าท่ีเปน็ ท้ัง
ตวั ทา้ ละลายและเบสทีส่ ามารถดงึ โปรตอนออกได้ โดยอาจจะมีการให้ความร้อนเพ่ือชว่ ยเรง่
ปฏกิ ิรยิ าดว้ ย

ปฏิกริ ิยาการขจดั แบบ E2 (Bimolecular Elimination)
ปฏิกิรยิ าการขจัดแบบ E2 มีจลนศาสตรเ์ ป็นปฏิกิริยาอนั ดบั สอง (Bimolecular

Elimination) ซึง่ อตั ราการเกดิ ปฏิกิรยิ าขึ้นกับความเข้มข้นของสารต้ังต้นและความเขม้ ขน้ ของ
เบสที่ใช้ในปฏิกิรยิ า

กลไกของปฏิกิริยา E2 เกิดเพยี งข้นั ตอนเดียว โดยเบสดงึ ไฮโดรเจนอะตอมออกจาก
คารบ์ อนอะตอมท่ีอยู่ติดกับคาร์บอนที่มหี มู่หลุดออกเกาะอยู่และมกี ารจัดเรยี งตวั อยู่ในต้าแหน่งท่ี
ตรงขา้ มกนั โดยการหลุดออกของไฮโดรเจนอะตอมกบั หมูห่ ลุดออกจะหลุดออกไปพรอ้ มกบั การ
เกิดขนึ้ ของพนั ธะไพ ได้สารผลติ ภัณฑ์เป็นแอลคีน ดังน้ี

เนื่องจากอัตราการเกิดปฏกิ ิริยาการขจัดแบบ E2 ขน้ึ อยู่กบั ความเขม้ ขน้ ของสารตัง้ ต้น
และความเข้มข้นของเบสท่ใี ช้ในปฏิกริ ยิ า กลไกแบบ E2 จงึ เกดิ ได้ดีกับสารตงั้ ตน้ ท่ีมีหมู่หลุดออก
เกาะทค่ี าร์บอนชนิดปฐมภูมิและใช้เบสทแ่ี รงในปฎกิ ิริยา เชน่ OH, CH3O, CH3CH2O หรอื
t-BuO ซ่ึงอาจจะใช้ในรปู NaOH, NaOCH3, NaOCH2CH3 หรอื t-BuONa

46

คาร์โบแคตไอออน

2.2.1 ปฏกิ ิรยิ าการขจัดน้าของแอลกอฮอล์ (Dehydration Reaction of Alcohol)
ปฏิกิริยาน้ีเกิดข้ึนเม่ือแอลกอฮอล์ท้าปฏิกิริยากับกรดแก่ที่อุณหภูมิสูง และขจัดน้าออก

จากแอลกอฮอล์ได้ผลิตภัณฑ์เป็นแอลคีน ตัวอย่างปฏิกิริยาการขจัดน้าของเอทานอล และ
ไซโคลเฮกซานอล (cyclohexanol) ในสภาวะท่ีมีกรดแก่ ได้ อีทีน และ ไซโคลเฮกซีน (cyclo
hexene) เปน็ สารผลติ ภัณฑ์ แสดงดังสมการในตัวอย่างที่ 28 และ 29 ตามลา้ ดบั

ตัวอยา่ งท่ี 28

ตัวอย่างท่ี 29

กลไกการเกิดปฏิกิริยาการขจัดน้าของแอลกอฮอล์ สามารถเกิดผ่านได้ท้ัง E1 และ E2
โดยข้ึนกบั ชนดิ ของแอลกอฮอลท์ เ่ี ปน็ สารตง้ั ต้น ดังน้ี

แอลกอฮอล์ปฐมภมู ิ การท้าปฏิกริ ิยาจะต้องใช้สภาวะรนุ แรง (เช่นใชค้ วามเข้มข้นของ
กรดสงู ทา้ ปฏกิ ริ ิยาโดยใช้ความร้อนสูง) โดยเกิดผ่านกลไก E2 (ไม่มีคารโ์ บแคตไอออนเกิดขึน้ ใน
ปฏิกิริยา)

แอลกอฮอล์ทุตยิ ภมู ิ การทา้ ปฏกิ ิริยาจะต้องใชส้ ภาวะรุนแรงนอ้ ยกวา่ โดยเกิดผ่าน
กลไก E1 (คารโ์ บแคตไอออนทเ่ี กิดข้ึนจะสามารถเกิดการจดั ตวั ใหม่ได้)

แอลกอฮอล์ตติยภูมิ การท้าปฏิกิรยิ าจะตอ้ งใชส้ ภาวะไมร่ นุ แรง โดยเกิดผ่านกลไก E1
(ได้คาร์โบแคตไอออนทเี่ สถียรเกิดขนึ้ )

47

คาร์โบแคตไอออน

ส้าหรับกลไกการเกิดปฏิกิริยาการขจัดน้าของแอลกอฮอล์พบวา่ ในสภาวะที่มแี อลกอฮอล์
และกรดอยู่ดว้ ยกัน หมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl group, –OH) ของแอลกอฮอล์ซึง่ เปน็ หมู่หลุดออก
ท่ีไม่ดขี องแอลกอฮอล์จะรับโปรตอนจากกรด เกดิ เปน็ ออกโซเนยี มไอออน (oxonium ion) ซ่งึ หมู่
–OH2+ สามารถหลุดออกได้เป็นน้าซ่ึงเป็นหมู่ท่หี ลุดออกท่ีดี จากนน้ั จะเกิดปฏิกิริยาต่อไปโดย
ผา่ นกลไกทางใดทางหนึง่ ระหว่าง E1 หรอื E2 ดงั ทก่ี ลา่ วมาแล้วข้างตน้ เกิดแอลคีนเปน็ สาร
ผลติ ภณั ฑ์

ตัวอยา่ งและกลไกของปฏิกิริยาการขจัดน้าของ propan-1-ol (แอลกอฮอล์ชนิดปฐมภมู ิ)
โดยใช้กรดซลั ฟิวริกเขม้ ขน้ ได้แอลคนี ชนดิ prop-1-ene เป็นสารผลิตภัณฑ์ผา่ นกลไกแบบ E2
แสดงดงั สมการในตัวอย่างท่ี 30
ตวั อยา่ งที่ 30

กลไกการเกิดปฏิกิริยาแบบ E2

ตวั อยา่ งและกลไกของปฏกิ ิริยาการขจัดน้าของ 2-methylpropan-2-ol (แอลกอฮอล์ชนิด
ตติยภูมิ) โดยใช้กรดซัลฟิวริกเจอื จางได้แอลคนี ชนิด 2-methylprop-1-ene เป็นสารผลิตภัณฑ์
ผ่านกลไกแบบ E1 แสดงดงั สมการในตัวอยา่ งท่ี 31
ตวั อย่างที่ 31

48

คาร์โบแคตไอออน

กลไกการเกิดปฏิกริ ยิ าการขจดั แบบ E1

จากกลไกการเกดิ ปฏกิ ิริยาข้างต้น เป็นทส่ี ังเกตไดว้ า่ กรดมีความสา้ คญั กบั ปฏิกิรยิ าการ
ขจดั น้า เน่ืองจากหมไู่ ฮดรอกซลิ เป็นหมู่หลุดออกทไี่ ม่ดี ในปฏกิ ิริยาน้กี รดซัลฟวิ ริกสามารถให้
โปรตอนกับหมู่ไฮดรอกซิลของแอลกอฮอล์ได้เป็นออกโซเนียมไอออน (–OH2+) และท้าให้โมเลกลุ
ของน้าหลุดออกจากโมเลกุลสารต้งั ต้นไดง้ ่ายในขน้ั ตอนต่อไป

จากที่กลา่ วมาแล้วว่าปฏิกริ ิยาการขจัดน้าของแอลกอฮอล์ท่มี ีกลไกแบบ E1 จะเกดิ ผา่ น
สารมธั ยนั ตร์ชนิดคาร์โบแคตไอออนซ่งึ เกิดการจัดตัวใหม่ได้ เพื่อให้ไดค้ ารโ์ บแคตไอออนท่ีเสถียร
ข้นึ เช่น คาร์โบแคตไอออนชนิดทุติยภมู ิเกิดการจัดตวั ใหม่เปน็ คาร์โบแคตไอออนชนิดตติยภูมิ ใน
บางครง้ั พบว่าคาร์โบแคตไอออนที่มีความเสถียรอยู่แลว้ เชน่ คารโ์ บแคตไอออนชนดิ ตตยิ ภูมิก็
สามารถจดั ตัวใหม่ได้เป็นคาร์โบแคตไอออนชนิดตตยิ ภูมิชนิดอน่ื ได้เช่นกนั ตวั อยา่ งเชน่ การเกิด
methyl shift ในอนพุ นั ธข์ องสารประกอบ octahydroindene เพือ่ ให้ได้สารผลิตภัณฑ์ชนิด
แอลคนี ทเ่ี สถยี รทส่ี ุดแสดงดังกลไกและสมการในตวั อย่างที่ 321

ตัวอยา่ งที่ 321

49

คารโ์ บแคตไอออน

กลไกการเกดิ ปฏิกริ ยิ าการขจดั แบบ E1

ในปฏิกิรยิ าการขจดั เมือ่ หมู่แทนทขี่ องสารต้งั ตน้ ไม่เหมือนกนั จะสามารถเกิดการขจัดได้
มากกวา่ 1 แบบ และท้าให้เกิดสารผลิตภัณฑ์แอลคีนมากกว่า 1 ชนิด โดยท่ัวไปสารผลิตภัณฑ์ท่ี
เสถียรกวา่ จะเกิดขึ้นเป็นสารผลิตภัณฑ์หลัก พบว่าสารผลิตภัณฑ์แอลคีนท่ีมีหมู่แทนท่ีมากกว่า
จะเสถียรกว่า (กฎของเซย์ทเซฟฟ์ (Saytzeff’s rule)) โดยแอลคีนท่ีมีหมู่แทนที่ 4 หมู่ จะเสถียร
กว่า แอลคีนที่มีหมู่แทนที่ 3 หมู่ 2 หมู่ และ 1 หมู่ตามล้าดับ และในกรณีของแอลคีนท่ีมีหมู่
แทนท่ี 2 หมู่ พบว่า แอลคนี ที่มีโครงสรา้ งแบบ trans- จะเสถยี รกว่าแบบ cis-

ตวั อย่างการแสดงความเสถียรของแอลคีน เรยี งตามลา้ ดับดังนี้

ตัวอย่างของปฏิกิริยาการขจัดน้าของ 2-methylcyclohexanol โดยใช้กรดฟอสฟอริก
เข้มข้นได้แอลคีน 2 ชนิดเป็นสารผลิตภัณฑ์ ซ่ึงเม่ือใช้กฎของเซย์ทเซฟฟ์ในการพิจารณาแล้ว จะ
พบว่าแอลคีนที่มีหมู่แทนที่มากกว่าจะเกิดเป็นสารผลิตภัณฑ์หลักของปฏิกิริยา ดังนั้นจึงพบว่า

50

คารโ์ บแคตไอออน

1-methylcyclohexene เกิดข้ึนเป็นสารผลิตภัณฑ์หลัก และ 3-methylcyclohexene เป็นสาร
ผลติ ภณั ฑ์รองตามลา้ ดบั แสดงดงั สมการในตัวอย่างท่ี 33
ตัวอยา่ งท่ี 33

ตวั อย่างอืน่ ๆ ของการใช้กฎของเซยท์ เซฟฟ์กับปฏิกิรยิ าการขจดั น้า เช่น ปฏกิ ริ ิยาของ
1-methylcyclohexanol ในกรดซัลฟิวริกเจือจาง ผา่ นกลไกแบบ E1 ได้แอลคีนเป็นสาร
ผลิตภัณฑ์ 2 ชนดิ โดยได้ 1-methylcyclohex-1-ene เป็นสารผลิตภัณฑ์หลัก และ
methylenecyclohexane เปน็ สารผลิตภัณฑ์รอง แสดงดังสมการและกลไกในตัวอยา่ งที่ 34
ตัวอย่างท่ี 34

กลไกการเกิดปฏกิ ริ ิยา

51

คาร์โบแคตไอออน

อยา่ งไรก็ตาม การพิจารณาสารผลิตภณั ฑ์หลัก หรือ สารผลิตภณั ฑ์รองตามกฎของ
เซยท์ เซฟฟ์ จะยกเวน้ ได้ในกรณีทใ่ี นปฏกิ ริ ิยาใช้เบสมีขนาดใหญ่ เช่น t-BuO ซงึ่ อาจจะใสใ่ นรูป
t-BuONa หรือ t-BuOK เน่อื งจากเบสทมี่ ขี นาดใหญ่จะเข้าดึงโปรตอนท่ีอยูท่ ่ีคาร์บอนท่มี ีความ
เกะกะนอ้ ยไดง้ ่ายกวา่ และจะยกเว้นไดใ้ นกรณีท่ีได้สารผลติ ภณั ฑแ์ อลคนี ทเ่ี ป็นคอนจูเกตไดอีน
หรอื แอลคนี ที่คอนจูเกตกับวงเบนซนี เนอื่ งจากสารผลิตภณั ฑ์แอลคนี ดังกล่าวจะมคี วามเสถียรสูง
2.2.2 ปฏกิ ริ ยิ าการขจดั ไฮโดรเจนเฮไลด์ (Dehydrohalogenation reaction)

ปฏกิ ริ ิยาการขจัดไฮโดรเจนเฮไลด์ คือ การก้าจดั หมูฮ่ าโลเจนและโปรตอนออกจาก
โมเลกุลของสารตั้งตน้ ได้สารผลิตภัณฑ์เป็นแอลคีน ในสภาวะการทา้ ปฏิกิรยิ าการขจัดแบบ E1
เชน่ การใช้แอลคลิ เฮไลดช์ นิดตติยภูมิ และใชเ้ บสอ่อนร่วมในปฏิกิรยิ า มักจะเกิดปฏิกิรยิ า
ข้างเคยี งอน่ื ๆไดง้ า่ ยเช่น ปฏกิ ริ ยิ าการแทนทแ่ี บบนิวคลีโอฟิลิกแบบ SN1 (ซึง่ จะกลา่ วในราย
ละเอียดในหวั ข้อ 2.3 ต่อไป)

ตวั อย่างปฏิกริ ิยาการขจดั ไฮโดรเจนเฮไลด์ของ 2-bromo-2-methylpropane เม่อื นา้ สาร
ตั้งต้นไปใหค้ วามร้อนในตัวท้าละลายเอทานอลได้ 2-methylprop-1-ene เป็นสารผลิตภณั ฑ์จาก
ปฏกิ ิรยิ าการขจัดแบบ E1 และ 2-ethoxy-2-methylpropane ซงึ่ เป็นสารผลิตภัณฑ์จากปฏกิ ริ ยิ า
การแทนท่ีแบบนิวคลโี อฟิลกิ แบบ SN1 แสดงดังสมการและกลไกในตัวอยา่ งที่ 35

52

คาร์โบแคตไอออน

ตัวอย่างท่ี 35

กลไกการเกิดปฏกิ ิริยาการขจดั แบบ E1
เร่ิมจากหมู่โบรไมด์ซึ่งเป็นหมู่หลุดออกที่ดีของสารต้ังต้นชนิดแอลคิลเฮไลด์หลุดออก

ท้าให้เกิดคาร์โบแคตไอออนชนิดตติยภูมิ จากน้ันเอทานอลซึ่งท้าหน้าท่ีเป็นเบสอ่อนจะใช้คู่
อิเล็กตรอนของออกซิเจนในหมู่ไฮดรอกซิลดึงโปรตอนที่คาร์บอนท่ีติดกับคาร์โบแคตไอออนออก
ท้าให้อิเล็กตรอนที่เคยสร้างพันธะถูกดึงกลับและกลายเป็นพันธะไพของแอลคีน และได้แอลคีน
เปน็ สารผลติ ภณั ฑ์

กลไกการเกดิ ปฏกิ ิริยาการแทนทแี่ บบนวิ คลโี อฟลิ กิ แบบ SN1
ในข้ันตอนแรกจะเกิดคาร์โบแคตไอออนชนิดตติยภูมิเช่นเดียวกับปฏิกิริยาการขจัดแบบ

E1 จากนั้นเอทานอลซ่ึงท้าหน้าท่ีเป็นนิวคลีโอไฟล์จะเข้าไปสร้างพันธะกับคาร์โบแคตไอออนได้
ออกโซเนียมไอออน จากนั้นเอทานอลท้าหน้าท่ีเป็นเบสอ่อนจะดึงโปรตอนจากออกโซเนียม
ไอออนได้ 2-ethoxy-2-methylpropane เป็นสารผลติ ภัณฑ์

53

คารโ์ บแคตไอออน

เช่นเดยี วกบั ปฏิกิรยิ าทีม่ ีสารมัธยนั ตร์ชนิดคารโ์ บแคตไอออนอื่นๆ ปฏิกิริยาการขจัด
ไฮโดรเจนเฮไลด์แบบ E1 จะเกดิ การจัดตวั ใหมข่ องคารโ์ บแคตไอออนเปน็ คาร์โบแคตไอออนชนิด
ใหม่ทเ่ี สถยี รทสี่ ุดได้ ดังเชน่ ปฏกิ ิรยิ าของ 2-bromo-3-methyl butane เมื่อนา้ ไปใหค้ วามร้อนใน
ตัวทา้ ละลายเอทานอลได้ 2-methylbut-2-ene เป็นสารผลติ ภัณฑ์หลัก และ 2-methylbut-1-ene
เป็นสารผลิตภณั ฑ์รอง แสดงดงั สมการและกลไกในตวั อย่างท่ี 36
ตัวอยา่ งท่ี 36

กลไกการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาการขจัดแบบ E1
เร่ิมจากหมู่โบรไมด์ของสารตั้งต้นชนิด 2-bromo-3-methylbutane หลุดออกเกิดเป็น

คาร์โบแคตไอออนชนิดทุติยภูมิ และสามารถจัดตัวใหม่ผ่าน H-shift เกิดเป็นคาร์โบแคตไอออน
ชนิดตติยภูมิท่ีเสถียรกว่า จากนั้นเอทานอลซึ่งท้าหน้าที่เป็นเบสอ่อนจะดึงโปรตอนท่ีคาร์บอนท่ี

54

คารโ์ บแคตไอออน

ติดกับคาร์โบแคตไอออน และได้แอลคีนเป็นสารผลิตภัณฑ์ 2 ชนิดโดยได้แอลคีนท่ีมีหมู่แทนท่ี
มากกว่า (2-methylbut-2-ene) เป็นสารผลิตภณั ฑห์ ลัก

นอกจากนก้ี ารจัดตวั ใหม่ของคาร์โบแคตไอออนในปฏิกิริยาการขจัดไฮโดรเจนเฮไลด์แบบ
E1 ยังมีผลต่อการขยายวงให้มีขนาดใหญ่ข้ึนได้ โดยการขยายวงดังกล่าวเกิดจากการจัดตัวใหม่
ของหมู่แอลคิล ดังตัวอย่างปฏิกิริยาการขจัดไฮโดรเจนเฮไลด์ของ (1-bromoethyl)cyclo
pentane เมื่อน้าไปให้ความร้อนในตัวท้าละลายเมทานอล จะสามารถเกิดสารผลิตภัณฑ์ได้
หลายชนิด เช่น 1-ethylcyclopent-1-ene และ 1-methylcyclohex-1-ene เป็นสารผลิตภัณฑ์
จากปฏิกิริยาการขจัดแบบ E1 และ 1-methoxy-1-ethylcyclopentane และ 1-methoxy-2-
methylcyclohexane เป็นสารผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาการแทนท่ีด้วยนิวคลีโอไฟล์แบบ SN1
แสดงดังสมการและกลไกในตัวอยา่ งที่ 37

55

คารโ์ บแคตไอออน

ตวั อยา่ งที่ 37

กลไกการเกดิ ปฏิกริ ิยาการขจดั แบบ E1
ในขั้นตอนแรกเกิดขนึ้ โดยหมู่โบรไมดข์ องสารตั้งตน้ (1-bromoethyl)cyclopentane หลดุ

ออกเกิดคาร์โบแคตไอออนชนิดทุตยิ ภมู ิ

คาร์โบแคตไอออนชนิดทุติยภูมิสามารถจัดตัวใหมผ่ ่าน H-shift เกดิ เป็นคาร์โบแคต
ไอออนชนดิ ตติยภูมทิ ี่เสถยี รกวา่ จากนนั้ เมทานอลซ่ึงท้าหน้าทเี่ ป็นเบสอ่อนจะดึงโปรตอนท่ี
คารบ์ อนที่ติดกบั คาร์โบแคตไอออน ผ่านกลไกปฏกิ ริ ยิ าการขจดั แบบ E1 และได้ 1-ethylcyclo
pent-1-ene เปน็ สารผลติ ภัณฑ์ ซึ่งเปน็ แอลคนี ท่มี ีหม่แู ทนท่ี 3 หมู่

นอกจากนค้ี ารโ์ บแคตไอออนชนดิ ทุตยิ ภูมิสามารถเกดิ จากการจัดตวั ใหม่ของหมู่แอลคิล
มผี ลต่อการขยายวงให้มขี นาดใหญ่ขน้ึ จากวงหา้ เหลี่ยมเป็นวงหกเหลีย่ มซึ่งมีความเสถียรกว่า

56

คารโ์ บแคตไอออน

จากนนั้ เมทานอลซ่งึ ท้าหน้าท่เี ปน็ เบสอ่อนจะดงึ โปรตอนที่คาร์บอนทตี่ ิดกับคาร์โบแคตไอออน
ผ่านปฏิกริ ยิ าการขจดั แบบ E1 และได้ 1-methylcyclohex-1-ene เป็นสารผลิตภัณฑ์

กลไกการเกดิ ปฏิกริ ิยาการแทนที่แบบ SN1
ในขั้นตอนแรกจะเกิดคาร์โบแคตไอออนชนิดทุติยภูมิ และ เกิดการจัดตัวใหม่ได้เป็น

คาร์โบแคตไอออนชนดิ ตติยภูมิที่เสถยี รขึ้น เชน่ เดยี วกบั ปฏกิ ิรยิ าการขจดั แบบ E1

จากนนั้ เมทานอลซงึ่ ท้าหน้าที่เปน็ นิวคลโี อไฟล์จะเข้าไปสรา้ งพนั ธะกบั คาร์โบแคตไอออน
ไดอ้ อกโซเนยี มไอออนและเมทานอลท้าหนา้ ทเ่ี ปน็ เบสอ่อนจะดงึ โปรตอนจากออกโซเนียมไอออน
ได้ 1-methoxy-1-ethylcyclopentane เป็นสารผลิตภณั ฑ์จากปฏกิ ริ ยิ าการแทนที่

57

คารโ์ บแคตไอออน

คาร์โบแคตไอออนชนดิ ทุติยภมู ิเกิดการจัดตัวใหมข่ องหมู่แอลคลิ ทา้ ให้เกิดการขยายวง
จากห้าเหลยี่ มเปน็ หกเหลี่ยมซงึ่ มีความเสถยี รกว่า จากนั้นเมทานอลซง่ึ ทา้ หน้าทเี่ ป็นนิวคลโี อไฟล์
จะเขา้ ไปสรา้ งพันธะกบั คารโ์ บแคตไอออนไดอ้ อกโซเนียมไอออนและเมทานอลทา้ หน้าท่ีเปน็ เบส
ออ่ นจะดงึ โปรตอนจากออกโซเนียมไอออนได้ 1-methoxy-2-methylcyclohexane เปน็ สาร
ผลิตภัณฑ์

ดงั ที่แสดงข้างต้นในตัวอย่างที่ 35-37 แสดงให้เห็นว่าปฏิกิรยิ าการขจดั ไฮโดรเจนเฮไลด์
ในสภาวะการท้าปฏิกิรยิ าการขจดั แบบ E1 มักจะเกดิ ปฏิกริ ิยาขา้ งเคียงอ่ืนๆได้งา่ ยเช่น การจัดตวั
ใหม่เพอ่ื ใหไ้ ด้คารโ์ บแคตไอออนทเี่ สถียรท่ีสุด และ การเกิดปฏกิ ิริยาการแทนทแ่ี บบนิวคลโี อฟลิ ิก
รว่ มด้วยจงึ ท้าใหเ้ กิดสารผลิตภณั ฑ์ท่ีไม่ตอ้ งการขน้ึ หลายชนดิ ดงั นนั้ การออกแบบการสงั เคราะห์
สารผลิตภณั ฑ์จากปฏกิ ิรยิ าการขจดั ไฮโดรเจนเฮไลดจ์ ึงมักจะออกแบบใหท้ า้ ปฏิกิรยิ าในสภาวะ
ของการเกิดผา่ นกลไกแบบ E2 โดยมักจะใช้สารตง้ั ต้นเป็นแอลคลิ เฮไลด์ชนดิ ปฐมภูมหิ รอื ทุติยภมู ิ
และสภาวะในการท้าปฏกิ ริ ยิ ามกั จะใชส้ ภาวะรนุ แรงและใช้อุณหภมู ิสงู ขึน้ โดยใชเ้ บสทแี่ รงขน้ึ
เช่น เบสแอลคอกไซด์ (เชน่ OtBu หรอื OCH3) หรือ สารละลายเบสแก่ในแอลกอฮอล์
(alcoholic KOH)

58

คาร์โบแคตไอออน

ตัวอยา่ งและกลไกของปฏกิ ริ ิยาการขจัดไฮโดรเจนเฮไลด์ของ 2-bromobutane (แอลคลิ
เฮไลดช์ นดิ ปฐมภูมิ) โดยใช้โซเดยี มเมทอกไซดใ์ นเมทานอลได้แอลคีน 2 ชนดิ ได้แก่ but-2-ene
และ but-1-ene เป็นสารผลิตภณั ฑ์ ผ่านกลไกแบบ E2 แสดงดงั สมการในตัวอย่างที่ 38
ตวั อยา่ งที่ 38

กลไกการเกดิ ปฏิกริ ิยา

จากตวั อย่างข้างตน้ เมือ่ เกิดปฎิกริ ิยาการขจัดไฮโดรเจนเฮไลด์ผ่านกลไกแบบ E2 แลว้ ได้
สารผลิตภณั ฑ์แอลคีน 2 ชนิด สามารถพจิ ารณาสารผลิตภัณฑ์หลักไดจ้ ากกฎของเซย์ทเซฟฟ์
โดยแอลคีนทมี่ หี มู่แทนที่มากจะเกดิ เป็นสารผลติ ภัณฑ์หลัก
2.3 ปฏิกริ ิยาการแทนทด่ี ้วยนวิ คลีโอไฟล์ (Nucleophilic Substitution Reaction)

ปฏกิ ริ ยิ าการแทนท่ดี ้วยนิวคลีโอไฟล์เป็นปฏกิ ิรยิ าที่เกดิ การแทนทข่ี องอะตอม หรอื หมู่
ของอะตอมบนสารตั้งตน้ ที่มีหมู่หลดุ ออกอยู่ โดยนิวคลีโอไฟล์จะสรา้ งพนั ธะใหม่กบั คาร์บอน

59

คารโ์ บแคตไอออน

อิ่มตัวและแทนทหี่ มู่หลุดออกไป โดยหมู่หลดุ ออกจะแตกพันธะออกจากคารบ์ อนอิ่มตวั และดงึ
อเิ ลก็ ตรอนคูอ่ อกไปดว้ ย สามารถเขียนปฏกิ ิริยาทวั่ ไปได้ดังนี้

ตวั อย่างของปฏกิ ริ ยิ าการแทนที่ด้วยนวิ คลโี อไฟล์ทค่ี าร์บอนอ่มิ ตวั ของ bromoethane
(แอลคลิ เฮไลด์ชนิดปฐมภมู )ิ ดว้ ยไฮดรอกไซด์ไอออนได้เอทานอลเป็นสารผลิตภัณฑ์ แสดงดงั
สมการในตัวอย่างที่ 39
ตวั อยา่ งที่ 39

สารประกอบเฮไลด์มักถูกใช้เป็นสารต้ังต้นของปฏิกิริยาการแทนที่ด้วย นิวคลีโอไฟล์ท่ี
คาร์บอนอิ่มตัว เนื่องจากสารประกอบเฮไลด์มีธาตุเฮโลเจน (Cl, Br, I หรือ F) ซ่ึงเป็นหมู่หลุด
ออกที่ดี อย่างไรก็ตามสารประกอบชนิดอ่ืนๆ ท่ีมีหมู่หลุดออกอยู่ด้วยดังท่ีได้กล่าวไว้ข้างต้นใน
ปฏิกิริยาการขจัดสามารถใช้เป็นสารต้ังต้นของปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์ที่คาร์บอน
อิ่มตัวได้เช่นกัน ดังน้ันจึงอาจกล่าวได้ว่าปฏิกิริยาการขจัดจะสามารถเกิดควบคู่ไปกับปฏิกิริยา
การแทนทด่ี ว้ ยนิวคลโี อไฟล์ได้นนั่ เอง

ปฏกิ ริ ยิ าการแทนทีด่ ้วยนิวคลีโอไฟล์ทคี่ ารบ์ อนอมิ่ ตวั มีกลไกหลกั อยู่ 2 กลไกดว้ ยกัน
จงึ แบ่งปฏกิ ริ ยิ าการแทนที่ออกเป็น 2 ชนดิ ได้แก่ ปฏกิ ิรยิ าแบบ SN1 (Unimolecular
Nucleophilic Substitution) และปฏกิ ิริยาแบบ SN2 (Bimolecular Nucleophilic Substitution)

60

คารโ์ บแคตไอออน

ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลโี อไฟล์แบบ SN1
ปฏกิ ิรยิ านีม้ ีจลนศาสตรเ์ ป็นปฏกิ ิรยิ าอนั ดับหนึ่ง (first order kinetics) ซึง่ อัตราเรว็ ของ

การเกิดปฏิกริ ิยาขนึ้ อยกู่ ับความเข้มขน้ ของสารตัง้ ต้นชนิดเดยี วเท่านนั้ กลไกการเกิดปฏิกริ ิยา
แบบ SN1 มี 2 ข้นั ตอน คือ

ขั้นตอนแรก หมู่หลุดออกที่ดีจะหลุดออกไปและดึงอิเล็กตรอนคู่ออกไปด้วย เกิดเป็น
คาร์โบแคตไอออน (ขั้นตอนนี้มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาช้า และเป็นข้ันตอนการก้าหนดอัตราเร็ว
ปฏิกิริยา) และถ้าคาร์โบแคตไอออนสามารถเกิดการจัดตัวใหม่ได้ จะเกิดการจัดตัวใหม่ให้ได้
คารโ์ บแคตไอออนท่เี สถยี รทส่ี ุด

จากนั้นในขั้นตอนท่ี 2 นิวคลีโอไฟลเ์ ข้าสร้างพนั ธะกบั คารบ์ อนท่เี ป็นคาร์โบแคตไอออน
และไดส้ ารผลติ ภัณฑ์จากการแทนท่ี

กลไกการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาแบบ SN1
ขัน้ ตอนแรก

ขัน้ ตอนทสี่ อง

ในปฏิกิริยาแบบ SN1 เกิดขึ้นผ่านกลไกสองขั้นตอนท่ีต่อเน่ืองกัน (ซึ่งแตกต่างจาก
ปฏิกิริยาแบบ SN2 ที่จะกล่าวต่อไป ซ่ึงเกิดเพียงขั้นตอนเดียว) โดยการเกิดปฏิกิริยาแบบ SN1
ที่เกิดขึ้นสองข้ันตอนที่ต่อเน่ืองกัน โดยจะมีสารต้ังต้นเพียงชนิดเดียวเท่านั้นท่ีเกี่ยวข้องกับ

อัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยา จึงเรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาแบบ SN1 ซึ่งย่อมาจาก
Unimolecular Nucleophilic Substitution

61

คารโ์ บแคตไอออน

ในปฏิกิรยิ าแบบ SN1 นั้น จะได้คาร์โบแคตไอออนท่ีเกิดขึ้น โดยสารผลิตภัณฑ์ท่ีได้จะถูก
ควบคุมโดยความเสถียรของคาร์โบแคตไอออน ซ่ึงจะสามารถเกิดการจัดตัวใหม่เพื่อให้ได้เป็น
คารโ์ บแคตไอออนทเี่ สถียรทสี่ ุด เชน่ เดยี วกบั ปฏิกิริยาแบบ E1

เนื่องจากในปฏิกิริยาแบบ SN1 นั้น ขั้นตอนการก้าหนดปฏิกิริยาจะเป็นขั้นตอนการเกิด
คารโ์ บแคตไอออนโดยอตั ราเร็วของการเกิดปฏิกิริยาข้ึนกับความเข้มข้นของสารต้ังต้นเท่านั้น ซ่ึง
หมายความว่าความเข้มข้นของนิวคลีโอไฟล์ไม่มีความส้าคัญต่ออัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยา
แบบ SN1 ดังนั้นจึงสามารถใช้ H2O หรือ แอลกอฮอล์ (ROH เช่น CH3OH หรือ CH3CH2OH) ท้า
หนา้ ทเ่ี ปน็ ทั้งนวิ คลโี อไฟล์และตัวทา้ ละลายได้ โดยอาจจะมีการใหค้ วามร้อนเพือ่ ชว่ ยเรง่ ปฏกิ ริ ิยา

ปฏิกริ ิยาการแทนทีด่ ้วยนิวคลีโอไฟล์แบบ SN2
ปฏิกิริยานี้มีจลนศาสตร์เป็นปฏิกิริยาอันดับสอง (second order kinetics) ซึ่งอัตราเร็ว

ของการเกิดปฏิกิริยาข้ึนอยู่กับความเข้มข้นของสารต้ังต้นและความเข้มข้นของนิวคลีโอไฟล์
กลไกการเกิดปฏิกิริยาแบบ SN2 มีข้ันตอนเดียว โดยนิวคลีโอไฟล์เข้าสร้างพันธะกับคาร์บอน
อิ่มตวั ท่ีมสี ภาพขัว้ เป็นบวก (ซึง่ เปน็ คารบ์ อนท่ีมีอะตอมหรือหมู่ของอะตอมท่ีมีค่าอิเล็กโตรเนกาติ
วิตีสูงเกาะอยู่) และคาร์บอนอ่ิมตัวน้ันมักมีหมู่หลุดออกที่ดีเกาะอยู่นั่นเอง โดยในขณะที่สร้าง
พันธะอยู่น้ันจะมีการก้าจัดหมู่หลุดออกให้หลุดออกไปพร้อมทั้งดึงอิเล็กตรอนคู่ไปด้วย ท้าให้ได้
สารผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาการแทนท่ีด้วยนิวคลีโอไฟล์แบบ SN2 และเป็นท่ีสังเกตได้ว่า
ปฏิกิริยาการแทนท่ีท่ีมีกลไกแบบ SN2 นั้นจะไม่มีคาร์โบแคตไอออนเกิดขึ้นในปฏิกิริยา ดังน้ันจะ
ไมม่ กี ารจดั ตวั ใหมข่ องคาร์โบแคตไอออนเกิดขึน้ ในปฏิกิรยิ า

ตัวอย่างของปฏิกิริยาการแทนท่ีด้วยนิวคลีโอไฟล์ท่ีคาร์บอนอ่ิมตัวของเมทิลโบรไมด์
(แอลคิลเฮไลดช์ นดิ ปฐมภมู ิ) ด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ไอออนได้เมทานอลเป็นสารผลิตภัณฑ์ผ่าน
กลไก SN2 แสดงดงั สมการในตัวอย่างท่ี 40

ตวั อยา่ งที่ 40

62

คารโ์ บแคตไอออน

กลไกการเกดิ ปฏกิ ิรยิ าแบบ SN2

ในปฏิกิริยาแบบ SN2 นิวคลีโอไฟล์จะเข้าท้าปฏิกิริยาที่อะตอมคาร์บอนของสารตั้งต้น
ทางด้านตรงข้ามกับหมู่หลุดออก ผ่านสภาวะแทรนซิชันที่นิวคลีโอไฟล์เข้าท้าปฏิกิริยาและสร้าง
พันธะกับอะตอมคาร์บอน พร้อมกับหมู่หลุดออกค่อยๆหลุดออกไป เมื่อหมู่หลุดออกได้หลุด
ออกไปแล้วและดึงอิเล็กตรอนคู่ออกไปด้วย พันธะใหม่ที่เกิดขึ้นจะอยู่ตรงข้ามกับพันธะของหมู่
หลดุ ออกเดิม

ประเภทและความแรงของนิวคลีโอไฟล์มคี วามส้าคัญต่ออัตราการเกิดปฏกิ ิริยา SN2 โดย
นิวคลโี อไฟล์ทีด่ จี ะท้าให้เกิดปฏิกริ ิยาแบบ SN2 ดีขนึ้ ซงึ่ สารทเ่ี ปน็ นิวคลีโอไฟล์ที่ดีจะต้องให้
อเิ ลก็ ตรอนและเข้าท้าปฏกิ ริ ิยากับอะตอมคาร์บอนได้ดี โดยทั่วไปสารที่มีประจุลบ หรือมีคู่
อิเล็กตรอนท่ีไมไ่ ด้สร้างพันธะ จะมีความเป็นเบส เนือ่ งจากสามารถท้าปฏิกิริยากับโปรตอนได้
จึงท้าให้นวิ คลีโอไฟล์ส่วนมากมีคณุ สมบัตเิ ปน็ เบสได้ด้วย

นอกจากนน้ั ขนาดและรูปรา่ งของโมเลกุลมผี ลต่อความเป็นนิวคลีโอไฟลแ์ ละเบสเชน่ กัน

เชน่ เมทอกไซด์ (CH3O)และเทอร์เทียรีบิวทอกไซด์ ((CH3)3CO) มคี วามเป็นเบสใกล้เคียงกัน
แต่พบวา่ เมทอกไซด์เปน็ นิวคลโี อไฟล์ทีด่ กี ว่าเทอร์เทียรีบวิ ทอกไซด์

เนื่องจากเทอร์เทียรีบวิ ทอกไซด์ มีขนาดใหญ่ท้าให้เกะกะ จึงเขา้ ท้าปฏิกิริยากับคารบ์ อน
ไดย้ ากข้ึน ซึง่ สามารถน้าไปใช้ประโยชนไ์ ด้ในกรณีท่ีมีการแขง่ ขันระหว่างปฏิกิริยาการแทนที่และ
ปฏกิ ริ ยิ าการขจัด เม่ือเลือกใช้รเี อเจนต์ทีม่ ีความเปน็ เบสทดี่ กี ว่าความเป็นนิวคลีโอไฟล์ จะทา้ ให้

63

คาร์โบแคตไอออน

ทศิ ทางของปฏิกิรยิ าเกิดเปน็ ปฏิกิรยิ าการขจัดมากกว่า และไดแ้ อลคีนเปน็ สารผลติ ภณั ฑ์หลกั
จากปฏิกิรยิ า

โครงสร้างของสารต้ังต้นจะมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาการแทนท่ีแบบ SN1 หรือ SN2
เนอ่ื งจากปฏกิ ิรยิ าทีม่ ีกลไกแบบ SN1 จะสามารถเกิดผา่ นคารโ์ บแคตไอออน ดังน้นั โครงสร้างของ
สารตั้งต้นท่มี ีความเหมาะสมตอ่ การเกิดคาร์โบแคตไอออนทเี่ สถียร เชน่ คาร์โบแคตไอออนชนิด
ตติยภูมิ แอลลิลกิ คาร์โบแคตไอออน หรือ เบนซิลลิกคารโ์ บแคตไอออน จะท้าให้ปฏิกริ ยิ าท่ีมี
กลไกแบบ SN1 เกดิ ข้ึนได้ดี

ในขณะทีป่ ฏิกริ ยิ าท่เี กิดผ่านกลไกแบบ SN2 จะไมเ่ กิดผ่านคาร์โบแคตไอออนแตเ่ กดิ ผ่าน
สภาวะแทรนซชิ นั ที่นวิ คลีโอไฟล์เขา้ ท้าปฏกิ ิรยิ าและสร้างพนั ธะกับอะตอมคาร์บอน พรอ้ มกับหมู่
หลุดออกค่อยๆหลุดออกไป ดงั นั้นถ้าสารต้งั ตน้ มีความเกะกะนอ้ ยจะทา้ ให้ปฏิกิริยาที่มกี ลไกแบบ
SN2 เกิดข้ึนได้ดี เชน่ สารตั้งต้นทีม่ ีหมู่หลุดออกเกาะติดอยกู่ บั คาร์บอนชนิดปฐมภูมิ

ซึ่งแนวโนม้ การเกดิ กลไกแบบ SN1 หรือ SN2 ของสารตง้ั ต้นชนิดต่างๆแสดงได้ดงั น้ี (โดย
X แทน leaving group ทดี่ )ี

SN1 เกดิ ได้ดี เกดิ ไดด้ ี เกิดไดด้ ี เกิดได้ ไม่เกดิ ไม่เกดิ
SN2 ไม่เกดิ ไม่เกิด ไม่เกดิ เกิดได้ เกิดได้ดี เกิดไดด้ ี

ปฏกิ ิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลโี อไฟล์ชนิดต่างๆ ผา่ นกลไกแบบแบบ SN1 หรือ SN2 มี
หลายชนิด ในที่นจี้ ะกล่าวถงึ ปฏกิ ริ ิยาที่นา่ สนใจและกลไกของปฏิกริ ิยาดงั ต่อไปน้ี

2.3.1 ปฏิกริ ิยาการแทนที่ด้วยฮาโลเจน (Reaction of Alcohol with Hydrohalic Acid)
ปฏกิ ริ ิยานเี้ กิดขนึ้ เม่อื แอลกอฮอล์ท้าปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเฮไลด์ โดยเกิดการแทนท่ีของ

หมู่ไฮดรอกซิลของแอลกอฮอล์ด้วยหมู่ฮาโลเจน (-Cl, -Br, -I) ได้สารประกอบเฮไลด์เป็นสาร
ผลิตภัณฑ์ โดยกลไกของปฏิกิริยาสามารถเกิดผ่านได้ทั้งกลไกแบบ SN1 และ SN2 โดยข้ึนอยู่กับ

64

คาร์โบแคตไอออน

ชนิดของแอลกอฮอล์ที่เป็นสารต้ังต้น ตัวอย่างปฏิกิริยาการแทนที่ของ 2-methylpropan-2-ol ใน
สภาวะท่ีมีกรดไฮโดรโบรมิกได้ 2-bromo-2-methylpropane เป็นสารผลิตภัณฑ์ ผ่านกลไกแบบ
SN1 แสดงดังสมการและกลไกในตวั อยา่ งที่ 41
ตัวอย่างท่ี 41

กลไกการเกิดปฏกิ ิรยิ า

กลไกการเกิดปฏิกิรยิ าเป็นแบบ SN1 เน่ืองจากสารต้ังต้นที่มหี มู่หลุดออกเกาะอยู่กับ
อะตอมคาร์บอนชนิดตติยภมู ิ โดยอะตอมออกซิเจนของหมูไ่ ฮดรอกซิลใช้คู่อิเลก็ ตรอนไปรบั
โปรตอนจากกรดไฮโดรโบรมิกได้ออกโซเนียมไอออน (–OH2+) สามารถหลุดออกได้เปน็ น้า เกิด
คารโ์ บแคตไอออนชนิดตติยภูมิ จากน้ันโบรไมด์ไอออนท้าหนา้ ที่เปน็ นวิ คลีโอไฟล์จะเขา้ ไปสร้าง
พนั ธะกับคาร์โบแคตไอออนได้ 2-bromo-2-methylpropane เป็นสารผลติ ภัณฑ์

ตัวอย่างปฏิกิริยาการแทนท่ีของ propan-1-ol ในสภาวะท่ีมีกรดไฮโดรโบรมิกได้
1-bromopropane เป็นสารผลิตภัณฑ์โดยกลไกแบบ SN2 แสดงดังสมการและกลไกในตัวอย่าง
ท่ี 42
ตัวอยา่ งท่ี 42

65

คารโ์ บแคตไอออน

กลไกการเกิดปฏกิ ริ ิยา

กลไกการเกิดปฏิกิรยิ าเป็นแบบ SN2 เนอ่ื งจากสารต้ังตน้ ท่มี หี มู่หลุดออกเกาะอยู่กับ
อะตอมคาร์บอนชนดิ ปฐมภมู ิ กลไกในข้นั ตอนแรกเกิดขึ้นเช่นเดียวกับตวั อยา่ งที่ 41 โดยอะตอม
ออกซิเจนของหมูไ่ ฮดรอกซลิ รับโปรตอนจากกรดไฮโดรโบรมิกได้ออกโซเนียมไอออน จากนัน้
โบรไมด์ไอออนทา้ หน้าท่ีเป็นนิวคลโี อไฟล์จะเข้าไปสร้างพันธะกับอะตอมคาร์บอนที่มีหมู่ –OH2+
เกาะอยู่ และในขณะเดยี วกันหมู่ –OH2+ จะหลดุ ออกได้เปน็ น้า และได้ 1-bromopropane เปน็
สารผลิตภัณฑ์

ปฏิกิริยาการแทนที่หมู่ไฮดรอกซิลของสารประกอบแอลกอฮอล์ด้วยฮาโลเจนนี้มี
ประโยชน์ในการใช้ทดสอบหมู่ฟังก์ชันของแอลกอฮอล์โดยสามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นแอลกอฮอล์
ชนิดปฐมภูมิ ชนดิ ทตุ ิยภูมิ หรือ ชนิดตติยภมู ิ โดยการใช้ลูคัสรีเอเจนต์ (Lucas’s reagents) (ใช้
กรดไฮโดรคลอริก (HCl) และซิงค์คลอไรด์ (ZnCl2)เป็นรีเอเจนต์) และเปรียบเทียบความไวของ
การเกิดปฏิกิริยา โดยแอลกอฮอล์ชนิดตติยภูมิจะเกิดปฏิกิริยากับ HCl ได้รวดเร็วที่สุดผ่านกลไก
แบบ SN1 และมี ZnCl2 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ซ่ึงความเร็วในการเกิดปฏิกิริยาจะลดลงเมื่อ
เปรียบเทียบกับแอลกอฮอล์ชนิดทุติยภูมิ ส่วนแอลกอฮอล์ชนิดปฐมภูมิจะไม่เกิดปฏิกิริยากับ
ลคู สั รีเอเจนต์ (หรอื อาจจะเกิดช้ามาก)2

ตัวอย่างปฏิกิริยาการใช้ลูคัสรีเอเจนต์ ทดสอบชนิดของแอลกอฮอล์ โดยน้า 2-methyl
propan-2-ol (แอลกอฮอล์ชนิดตติยภูมิ) butan-2-ol (แอลกอฮอล์ชนิดทุติยภูมิ) และ butan-1-ol
(แอลกอฮอล์ชนิดปฐมภูมิ) มาท้าปฏิกิริยากับ HCl และ ZnCl2 แสดงดังสมการและกลไกใน
ตัวอย่างที่ 43

66

คารโ์ บแคตไอออน

ตัวอยา่ งท่ี 43

กลไกการเกดิ ปฏกิ ิริยา แบบ SN1 ของแอลกอฮอล์ชนดิ ตติยภมู ิ
กลไกการเกิดปฏกิ ิรยิ า แบบ SN1 ของแอลกอฮอลช์ นดิ ทุตยิ ภูมิ

67

คาร์โบแคตไอออน

จากตัวอย่างพบว่าแอลกอฮอล์ชนิดตติยภูมิและทุติยภูมิจะเกิดปฏิกิริยากับ HCl ผ่าน
กลไกแบบ SN1 โดยมี ZnCl2 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดย 2-methylpropan-2-ol ซ่ึงเป็นแอลกอฮอล์
ชนิดตติยภูมิจะเกิดปฏิกิริยาทันทีได้เป็น 2-chloro-2-methylpropane โดยมีลักษณะเป็นน้ามันสี
ขาวขุ่น และ butan-2-ol ซึ่งเป็นแอลกอฮอล์ชนิดทุติยภูมิจะเกิดปฏิกิริยาเมื่อน้าไปอุ่นเป็นเวลา
15 นาที ส่วนแอลกอฮอล์ชนิดปฐมภมู ิจะไมเ่ กิดปฏิกริ ิยา SN1 กบั HCl และ ZnCl2

2.3.2 ปฏิกริ ิยาการแทนท่ีด้วยน้า (Hydrolysis Reaction)
ปฏิกิริยานี้ใช้สารประกอบเฮไลด์เป็นสารต้ังต้น โดยใช้น้าหรือไฮดรอกไซด์ไอออน (H2O

หรือ OH) เป็นนิวคลีโอไฟล์ ได้แอลกอฮอล์เป็นสารผลิตภัณฑ์ ซึ่งกลไกของปฏิกิริยาสามารถ
เกดิ ผ่านได้ท้ังกลไกแบบ SN1 และ SN2 โดยขึ้นอยู่กับชนิดของสารประกอบเฮไลด์ท่ีเป็นสารตั้งต้น
อย่างไรก็ตามปฏิกิริยานี้จะเกิดแข่งขันกับปฏิกิริยาการขจัด จึงเป็นข้อจ้ากัดของปฏิกิริยาและไม่
นยิ มน้ามาใช้

ตัวอย่างปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยน้าของสารประกอบเฮไลด์ชนิด 1-chloropropane
(สารประกอบเฮไลด์ชนิดปฐมภูมิ) โดยใช้น้า หรือ ไฮดรอกไซด์ไอออนเป็นนิวคลีโอไฟล์ เกิดผ่าน
กลไกของปฏกิ ริ ิยาแบบ SN2 ได้ propan-1-ol เป็นสารผลิตภัณฑ์แสดงดังสมการในตัวอย่างที่ 44
และ 45 ตามลา้ ดับ เมื่อใช้น้าซง่ึ เปน็ นวิ คลโี อไฟล์ท่ไี มแ่ รง จะทา้ ใหป้ ฏกิ ริ ิยาด้าเนินไปช้ามากและ
ผันกลับได้ ในทางตรงกันข้ามการใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นรีเอเจนต์ ซึ่งท้าหน้าท่ีเป็นทั้งเบส
และนิวคลีโอไฟล์ในปฏิกิริยาจะท้าให้ได้สารผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาการขจัด (prop-1-ene)
ควบคูไ่ ปกับสารผลิตภัณฑ์จากปฏิกริ ยิ าการแทนที่ (propan-1-ol)

ตวั อย่างท่ี 44

68

คาร์โบแคตไอออน

ตวั อย่างที่ 45

ตวั อยา่ งปฏิกริ ิยาการแทนที่ดว้ ยน้าของสารประกอบเฮไลดช์ นดิ (2-bromopropan-2-yl)
benzene (สารประกอบเฮไลด์ชนิดตติยภูมิ) โดยใชน้ ้าเป็นนวิ คลีโอไฟล์ เกดิ ผ่านกลไกแบบ SN1
ได้ 2-phenylpropan-2-ol เป็นสารผลิตภัณฑ์ แสดงดังสมการและกลไกในตัวอย่างท่ี 46

ตวั อยา่ งที่ 46

กลไกการเกิดปฏิกริ ิยา

จากตัวอย่าง กลไกของปฏิกิริยาการแทนท่ีแบบ SN1 จะเกิดผ่านคาร์โบแคตไอออน ใน
ขั้นตอนแรกหมู่โบรไมด์ซึ่งเป็นหมู่ท่ีหลุดออกที่ดีของสารต้ังต้นชนิดตติยภูมิหลุดออก ท้าให้เกิด
คาร์โบแคตไอออนชนดิ ตตยิ ภมู ิชนิดเบนซิลลิกคาร์โบแคตไอออนท่ีมีความเสถียรสูงมาก และใน
ขน้ั ตอนตอ่ มาน้าซง่ึ ท้าหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์เข้าชนคาร์โบแคตไอออนและสร้างพันธะ CO ได้

69

คาร์โบแคตไอออน

ออกโซเนียมไอออน จากน้ันน้าท้าหน้าท่ีเป็นเบสอ่อนจะดึงโปรตอนจากออกโซเนียมไอออนได้
2-phenylpropan-2-ol เป็นสารผลติ ภณั ฑ์จากการแทนที่

2.3.3 ปฏกิ ริ ิยาการแทนที่ดว้ ยแอลกอฮอล์ของสารประกอบเฮไลด์
(Reaction of Alkyl Halide with Alcohol)
ปฏิกริ ิยานใี้ ชส้ ารประกอบเฮไลด์เปน็ สารตัง้ ต้น โดยใช้แอลกอฮอล์ หรือ แอลคอกไซด์

ไอออน (ROH หรือ RO) เป็นนิวคลีโอไฟล์ ได้อเี ทอร์เป็นสารผลิตภัณฑ์
ในกรณีทีใ่ ชแ้ อลกอฮอล์ (ROH) เปน็ รเี อเจนต์ กลไกของปฏิกริ ยิ าสามารถเกิดผา่ นได้ทั้ง

แบบ SN1 และ SN2 ขึน้ อยู่กบั ชนิดของสารประกอบเฮไลด์ท่เี ปน็ สารต้งั ต้น ในกรณีทใี่ ช้รีเอเจนต์
เป็นแอลคอกไซด์ (RO) ซ่งึ เปน็ นิวคลีโอไฟลท์ ่แี รง จะเกิดผ่านกลไกแบบ SN2 เช่นเดียวกบั
ปฏิกริ ิยาการแทนทีด่ ้วยนา้ พบว่าปฏิกริ ิยานีจ้ ะเกิดแขง่ ขันกบั ปฏิกิรยิ าการขจัดดังทกี่ ล่าวไปแล้ว
ในหวั ข้อ 2.2.2 ดงั นั้นจึงเป็นข้อจา้ กัดของปฏกิ ริ ิยา

ตวั อย่างปฏกิ ริ ิยาการแทนที่ดว้ ยแอลกอฮอล์ของสารประกอบเฮไลดช์ นดิ (2-bromopro
pan-2-yl)benzene ซึ่งเป็นสารประกอบเฮไลดช์ นิดตติยภูมิ โดยใชเ้ อทานอลเป็นนิวคลีโอไฟล์
เกิดผ่านกลไกแบบ SN1 และ E1 ได้ (2-ethoxypropan-2-yl)benzene เป็นสารผลิตภณั ฑ์จาก
ปฏิกิริยาการแทนท่ี และได้ prop-1-en-2-ylbenzene เปน็ สารผลิตภณั ฑ์จากปฏกิ ิริยาการขจัด
แสดงดงั สมการและกลไกในตัวอย่างที่ 47

ตัวอย่างที่ 47

70

คารโ์ บแคตไอออน

กลไกการเกิดปฏิกริ ยิ าการแทนที่ด้วยนวิ คลีโอไฟล์แบบ SN1
ในขน้ั ตอนแรกหมู่โบรไมดจ์ ะหลุดออกจากสารประกอบแอลคิลเฮไลด์ ได้คาร์โบแคต

ไอออนชนิดเบนซลิ ลิกคาร์โบแคตไอออน ซงึ่ เป็นคาร์โบแคตไอออนท่ีมีความเสถียรสูงมาก ใน
ขน้ั ตอนต่อมาเอทานอลซ่งึ ท้าหนา้ ท่ีเปน็ นิวคลโี อไฟล์ เข้าชนคาร์โบแคตไอออนและสร้างพันธะ
CO ได้ออกโซเนียมไอออน จากนัน้ เกดิ ปฏิกิรยิ ากรด-เบสอย่างรวดเร็ว โดยเอทานอลทา้ หน้าท่ี
เป็นเบสออ่ นจะดงึ โปรตอนจากออกโซเนียมไอออนได้สารประกอบอเี ทอร์(2-ethoxypropan-2-yl)
benzene เปน็ สารผลิตภณั ฑ์จากปฏกิ ิริยาการแทนท่ี

กลไกการเกิดปฏกิ ริ ิยาการขจัดแบบ E1
ในขั้นตอนแรกจะเกิดคาร์โบแคตไอออนชนิดตติยภูมิเช่นเดียวกับปฏิกิริยาการแทนท่ี

แบบ SN1 โดยหมู่โบรไมด์ซ่งึ เปน็ หมู่หลดุ ออกที่ดีของสารตั้งต้นชนิดแอลคิลเฮไลด์หลุดออก ท้าให้
เกิดคาร์โบแคตไอออนชนิดตติยภูมิ จากน้ันเอทานอลซ่ึงท้าหน้าที่เป็นเบสอ่อนจะดึงโปรตอนท่ี
อะตอมคาร์บอนที่ติดกับคาร์โบแคตไอออน ได้แอลคีน (prop-1-en-2-ylbenzene) เป็นสาร
ผลติ ภัณฑ์จากปฏิกริ ยิ าการขจัด

71

คารโ์ บแคตไอออน

ตวั อยา่ งอนื่ ๆ ของปฏิกริ ยิ าการแทนท่ีดว้ ยแอลกอฮอล์ เชน่ ปฏิกิริยาของสารประกอบ
เฮไลดช์ นดิ 3-bromo-3-ethylhexane (สารประกอบเฮไลด์ชนิดตติยภูมิ) โดยใช้เอทานอลเป็น
นวิ คลีโอไฟล์ เกิดผ่านกลไกแบบ SN1 และ E1 ได้ 3-ethoxy-3-ethylhexane เป็นสารผลิตภัณฑ์
จากปฏกิ ริ ิยาการแทนท่ี และได้ 3-ethylhex-3-ene กบั 3-ethylhex-2-ene เปน็ สารผลติ ภณั ฑ์
จากปฏกิ ิรยิ าการขจัดแสดงดังสมการในตวั อย่างที่ 48
ตัวอยา่ งท่ี 48

จากปฏกิ ริ ิยาในตวั อยา่ งที่ 48 เนือ่ งจากสารตั้งตน้ เปน็ สารประกอบเฮไลด์ชนิดตตยิ ภูมิ
สามารถเกิดเปน็ คาร์โบแคตไอออนที่เสถียร ท้าให้สามารถเกดิ กลไกแบบ SN1 และ E1 ได้
2.4 ปฏิกิริยาการแทนท่ีแบบอิเล็กโทรฟลิ กิ ของสารประกอบอะโรมาติก

(Electrophilic Aromatic Substitution)
สารประกอบอะโรมาติก (aromatic compounds) มีคุณสมบัติเป็นวงแหวน โดยทุก

คาร์บอนอะตอมท่ีประกอบเป็นวงแหวนนั้นเป็น sp2 ไฮบริไดเซชัน มี p-ออร์บิทัลต้ังฉากกับ
ไฮบริดออรบ์ ิทัลแบบ sp2 และมลี กั ษณะขนานกันทง้ั วงแหวน ซ่ึงลักษณะเช่นนี้ท้าให้อิเล็กตรอนท่ี
บรรจุใน p ออร์บิทัล หรือ ไพอิเล็กตรอน สามารถเคล่ือนที่ไปได้ท่ัววงแหวนอะโรมาติก จึงเรียก

72

คาร์โบแคตไอออน

อิเล็กตรอนท่มี ลี กั ษณะเชน่ นี้ว่า delocalized electron และท้าให้สารประกอบอะโรมาติกมีความ
เสถียรสูงและมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูง สารประกอบอะโรมาติกส่วนใหญ่ประกอบ
ด้วยวงแหวนเบนซีนทมี่ อี ะตอมคาร์บอน 6 อะตอม มีสตู รโมเลกุลเป็น C6H6

ตัวอยา่ งการเขยี นเรโซแนนซ์ของเบนซีน สามารถแสดงได้ดงั น้ี

เน่ืองจากสารประกอบอะโรมาติกมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูง จึงสามารถเกิด
ปฏิกิริยาการแทนที่ท่ีไฮไดรเจนอะตอมบนวงของสารประกอบอะโรมาติกด้วยอิเล็กโทรไฟล์ชนิด
ตา่ งๆ ได้ ปฏิกิริยาการแทนที่แบบอเิ ล็กโทรฟิลิกท่ีคาร์บอนอะตอมของสารประกอบอะโรมาติกจะ
ไม่ว่องไวเท่าการเกิดปฏิกิริยาการเติมแบบอิเล็กโทรฟิลิกกับสารประกอบแอลคีน หรือ แอลไคน์
เนือ่ งจากสารประกอบอะโรมาตกิ มีความเสถียรสูง

อย่างไรก็ตามกลไกของการเกิดปฏิกิริยาการเติมด้วยอิเล็กโทรไฟล์บนแอลคีน และ
ปฏิกิริยาการแทนท่ีด้วยอิเล็กโทรไฟล์ที่คาร์บอนอะตอมของสารประกอบอะโรมาติก จะมีความ
คล้ายกนั โดยสามารถเปรยี บเทยี บไดด้ ังน้ี
กลไกการเกิดปฏิกริ ยิ าการเตมิ แบบอิเล็กโทรไฟล์ของสารประกอบแอลคนี และ
สารประกอบอะโรมาติก

73

คารโ์ บแคตไอออน

เมื่อเปรียบเทียบกลไกของปฏิกิริยาการเพิ่มกลุ่มแบบอิเล็กโทรฟิลิกของแอลคีนกับ
ปฏิกิริยาการแทนท่ีแบบอิเล็กโทรฟิลิกของสารประกอบอะโรมาติก พบว่าในขั้นตอนแรกแอลคีน
และสารประกอบอะโรมาติกซ่ึงมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงจะท้าหน้าท่ีเป็นนิวคลีโอไฟล์
เข้าท้าปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไฟล์ และเกิดคาร์โบแคตไอออนข้ึน (อย่างไรก็ตาม สารประกอบ
อะโรมาติกจะเป็นนวิ คลโี อไฟล์ทอี่ อ่ นกว่าแอลคนี จงึ มกั จะตอ้ งใชต้ วั เร่งปฏิกิรยิ าในข้ันตอนน)้ี

แตใ่ นข้นั ตอนท่สี องจะมกี ลไกการเกิดปฏิกิริยาท่ีแตกต่างกัน โดยในปฏิกิริยาของแอลคีน
นิวคลีโอไฟล์จะเข้าท้าปฏิกิริยากับคาร์โบแคตไอออนได้สารผลิตภัณฑ์จากการเติม (Addition)
ส่วนในกรณีของสารประกอบอะโรมาติก เบสจะดึงโปรตอนออกไปจากคาร์บอนอะตอมท่ีมีการ
สร้างพันธะกับอิเล็กโทรไฟล์ และได้สารประกอบอะโรมาติกท่ีมีอิเล็กโทรไฟล์เกาะอยู่เป็นสาร
ผลิตภัณฑ์ (Substitution) ที่เป็นเช่นน้ีเน่ืองมาจากสารประกอบอะโรมาติกมีความเสถียรสูง จึง
ทา้ ใหไ้ มเ่ กดิ ปฏกิ ิริยาข้ันท่ีสองเช่นเดียวกับกลไกของสารประกอบแอลคีน เพราะจะท้าให้สูญเสีย
ความเสถียรและสญู เสยี ความเปน็ อะโรมาติกไป ดังแสดงตอ่ ไปนี้

ปฏิกริ ิยาการแทนที่แบบอิเล็กโทรฟลิ ิกท่ีคาร์บอนไมอ่ ่มิ ตัวของสารประกอบอะโรมาติกมี
หลายชนิด ในที่น้ีจะกลา่ วถึงปฏกิ ิรยิ าท่ีพบบ่อย และเกี่ยวข้องกับสารมธั ยันตร์ชนิดคารโ์ บแคต
ไอออน ดงั ต่อไปนี้

2.4.1 ปฏิกริ ิยาไนเตรชัน (Nitration Reaction)
ปฏิกิริยาน้ีสารประกอบอะโรมาติกจะท้าปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไฟล์ชนิดไนโตรเนียม

ไอออน (NO2+) เม่ือใช้กรดไนตริก หรือ กรดไนตริกผสมกรดซัลฟิวริกเป็นรีเอเจนต์ โดยอะตอม
ไฮโดรเจนบนวงอะโรมาติกจะถูกแทนที่ด้วยหมู่ไนโตร (-NO2) ซึ่งปฏิกิริยาไนเตรชันน้ีเป็นวิธีการที่
ส้าคัญในการสังเคราะห์สารประกอบอะโรมาติกหลายชนดิ ที่มไี นโตรเจนเปน็ องค์ประกอบ

74

คาร์โบแคตไอออน

ตัวอย่างของปฏิกิริยาไนเตรชันของเบนซีน ได้สารประกอบไนโตรเบนซีนเป็นสาร
ผลิตภัณฑ์ แสดงดงั สมการและกลไกในตวั อย่างที่ 49
ตัวอยา่ งท่ี 49

กลไกการเกิดปฏกิ ิริยา

(การเกิดเรโซแนนซข์ องคาร์โบแคตไอออน)

จากกลไกการเกิดปฏิกิริยาข้างต้น ในขั้นตอนแรกกรดไนตริกจะรับโปรตอนจากกรด
ซัลฟิวริก (หรือรับโปรตอนจากกรดไนตริกโมเลกุลอ่ืน ในกรณีท่ีใช้กรดไนตริกเป็นรีเอเจนต์เพียง
ชนิดเดียว) เกิดการหลุดออกของน้าและได้อิเล็กโทรไฟล์ชนิดไนโตรเนียมไอออน จากน้ันเบนซีน
ซึ่งมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงท้าหน้าท่ีเป็นนิวคลีโอไฟล์เข้าท้าปฏิกิริยาและสร้างพันธะ
กับไนโตรเนยี มไอออน ได้คาร์โบแคตไอออนท่ีมีความเสถียรสูง เน่ืองจากสามารถเกิดเรโซแนนซ์

75

คาร์โบแคตไอออน

ได้หลายแบบ เรียกว่า ซิกมาคอมเพล็กซ์ (sigma complex) และในขั้นตอนสุดท้าย HSO4 ซึ่ง
ท้าหน้าทีเ่ ป็นเบสเข้าดึงโปรตอนออกจากคาร์บอนอะตอมท่ีสร้างพันธะกับหมู่ไนโตร (-NO2) และ
ได้สารประกอบอะโรมาติกชนดิ ไนโตรเบนซีนเป็นสารผลิตภณั ฑ์

ตัวอย่างปฏิกิริยาไนเตรชันของสารประกอบอะโรมาติกได้ถูกน้ามาใช้ในการสังเคราะห์
สารประกอบอะโรมาติกหลายชนิดท่ีมีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบเพื่อประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ
ตัวอย่างเช่น การสังเคราะห์สารอนุพันธ์ของคาร์บาโซลเพื่อใช้เป็นสีย้อม และอนุพันธ์ของยาบาง
ชนิด3 ดงั แสดงในตวั อยา่ งที่ 50 และ 51
ตัวอย่างที่ 503

ตวั อยา่ งท่ี 513

จากตวั อยา่ งที่ 50 และ 51 ข้างต้น สามารถสังเกตได้ว่าการใช้สภาวะในการท้าปฏิกิริยา
ท่ีรุนแรงข้ึน โดยการใช้ความเข้มข้นของกรดไนตริกเพ่ิมข้ึน ใช้อุณหภูมิในการท้าปฏิกิริยาสูงขึ้น
และ ใชเ้ วลาในการท้าปฏิกริ ิยานานข้ึน จะสามารถท้าให้หมูไ่ นโตรเข้าแทนท่ีอะตอมไฮโดรเจนบน
สารประกอบอะโรมาติกได้มากกว่า 1 ต้าแหนง่

76

คาร์โบแคตไอออน

2.4.2 ปฏกิ ริ ิยาซัลโฟเนชัน (Sulfonation reaction)
ปฏกิ ิรยิ าซัลโฟเนชัน เป็นปฏกิ ริ ิยาที่ไฮโดรเจนอะตอมบนวงอะโรมาติกถูกแทนท่ีดว้ ย

HSO3 โดยใช้กรด fuming sulphuric (7% SO3 ใน H2SO4) หรอื ใช้ซลั เฟอรไ์ ตรออกไซด์ (SO3)
เปน็ รีเอเจนต์ ในปฏิกริ ิยาซัลโฟเนชันนีส้ ารประกอบอะโรมาตกิ จะทา้ ปฏกิ ริ ยิ ากบั อิเล็กโทรไฟล์ท่ี
เปน็ แคทไอออนทีเ่ กิดจากซลั เฟอรไ์ ตรออกไซด์ทา้ ปฏกิ ริ ิยากบั กรดซัลฟวิ ริก ซง่ึ ในอุตสาหกรรม
เรยี กวา่ “โอเลียม” (oleum, HSO3+) อย่างไรกต็ ามอิเล็กโทรไฟลท์ ีเ่ ข้าทา้ ปฏิกริ ยิ ากับ
สารประกอบอะโรมาตกิ อาจเปน็ ซัลเฟอรไ์ ตรออกไซด์กไ็ ด้เชน่ กัน

ปฏกิ ิริยาซัลโฟเนชนั เปน็ ปฏกิ ิรยิ าแบบผนั กลับได้ ซึ่งแตกต่างจากปฏิกริ ิยาแทนท่แี บบ
อิเลก็ โทรฟิลิกชนิดอนื่ ๆของสารประกอบอะโรมาติก ตวั อยา่ งปฏกิ ิริยาซัลโฟเนชันของเบนซีน
โดยใช้กรด fuming sulphuric (7% SO3 ใน H2SO4) เป็นรีเอเจนต์ ไดก้ รดเบนซนี ซลั โฟนิก
(benzenesulfonic acid) เปน็ สารผลติ ภัณฑ์ แสดงดังสมการและกลไกในตัวอยา่ งที่ 52

ตัวอยา่ งที่ 52 SO3H

+ SO3 H2SO4

กลไกการเกดิ ปฏิกริ ิยา Benzenesulfonic acid

77

คาร์โบแคตไอออน

จากกลไกการเกิดปฏิกิริยาข้างต้น ในข้ันตอนแรกซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ท้าปฏิกิริยากับ
กรดซลั ฟิวรกิ ได้แคทไอออนทีเ่ รยี กว่า โอเลยี ม จากน้ันเบนซนี ซึง่ มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอน
สูงท้าหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์เข้าสร้างพันธะกับแคทไอออน “โอเลียม” (อิเล็กโทรไฟล์) และเกิด
คาร์โบแคตไอออนขึ้น โดยคาร์โบแคตไอออนน้ีสามารถเกิดเรโซแนนซ์ได้หลายแบบ และ เป็น
ซิกมาคอมเพล็กซ์ เช่นเดียวกับคาร์โบแคตไอออนที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาไนเตรชัน (หัวข้อ 2.4.1)

จากนัน้ HSO4 ซึ่งท้าหน้าที่เป็นเบสเข้าดึงโปรตอนออกจากอะตอมคาร์บอนท่ีสร้างพันธะกับหมู่
-SO3H ได้ สารประกอบอะโรมาติกชนิดกรดเบนซีนซัลโฟนิก (benzenesulfonic acid) เป็นสาร
ผลิตภณั ฑ์

ในบางกรณีอาจจะใช้กรดซัลฟวิ รกิ เขม้ ข้นเปน็ รเี อเจนต์ เข้าทา้ ปฏกิ ิริยากับสารประกอบ
อะโรมาตกิ ได้โดยตรง โดยกรดซลั ฟิวริกไปดงึ โปรตอนจากกรดซัลฟิวริกอีกโมเลกุลหน่ึง ตามด้วย
การสญู เสยี น้าไดโ้ อเลียม และทา้ หนา้ ท่ีเป็นอเิ ล็กโทรไฟล์ของปฏิกริ ิยาโดยมีกลไกของปฏิกิริยา
คลา้ ยกันกับตัวอย่างที่ 52 ตัวอย่างของปฏกิ ิริยาซลั โฟเนชันของเบนซนี โดยใช้กรดซัลฟิวรกิ
เขม้ ขน้ เปน็ รีเอเจนต์ ได้กรดเบนซนี ซลั โฟนกิ (benzenesulfonic acid) เป็นสารผลิตภัณฑ์ แสดง
ดงั สมการและกลไกในตวั อย่างท่ี 53

ตัวอย่างท่ี 53 SO3H
กลไกการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า
H2SO4

Benzenesulfonic acid

78

คารโ์ บแคตไอออน

นอกจากน้ใี นปฏกิ ิริยาซัลโฟเนชนั นนั้ สามารถใชซ้ ัลเฟอรไ์ ตรออกไซดเ์ ปน็ รีเอเจนตเ์ พอ่ื
ท้าปฏิกริ ยิ าโดยตรงกับสารประกอบอะโรมาติกได้เชน่ กัน โดยสามารถแสดงกลไกของปฏกิ ริ ิยาได้
ดงั น้ี

ตัวอย่างปฏกิ ริ ิยาซลั โฟเนชันของสารประกอบอะโรมาติกชนดิ ต่างๆ โดยใช้ซลั เฟอรไ์ ตร
ออกไซด์ เป็นรีเอเจนต์ ไดม้ ีการรายงานไว้ ในการสงั เคราะห์สารตั้งตน้ หลายชนิด4 ดงั แสดงใน
ตัวอย่างที่ 54

79

คารโ์ บแคตไอออน

ตัวอย่างท่ี 544

80

คารโ์ บแคตไอออน

2.4.3 ปฏกิ ิรยิ าฮาโลจเิ นชัน (Halogenation reaction)
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาของสารประกอบอะโรมาติกท่ีท้าปฏิกิริยากับคลอรีน (Cl2) หรือ

โบรมีน (Br2) ในสภาวะที่มีกรดลิวอิส เช่น อะลูมิเนียมคลอไรด์ (AlCl3) เฟอริกคลอไรด์ (FeCl3)
อะลูมิเนียมโบรไมด์ (AlBr3) หรือเฟอริกโบรไมด์ (FeBr3) เป็นตัวเร่งในปฏิกิริยาและช่วยในการ
เกิดอิเล็กโทรไฟล์ท่ีเสถียร ในปฏิกิริยาน้ีคลอรีนหรือโบรมีนจะแทนท่ีไฮโดรเจนอะตอมบน
สารประกอบอะโรมาติก

ตัวอย่างของปฏิกิริยาฮาโลจิเนชันของเบนซีน โดยใช้คลอรีนหรือโบรมีนเป็นรีเอเจนต์
และใช้กรดลิวอิสเป็นตัวเร่งในปฏิกิริยา ได้ chlorobenzene และ bromobenzene เป็นสาร
ผลิตภณั ฑต์ ามลา้ ดับ แสดงดังสมการและกลไกในตัวอยา่ งท่ี 55

ตวั อยา่ งที่ 55 FeCl3 Cl
(or AlCl3) + HCl
+ Cl2
FeBr3 Chlorobenzene
+ Br2 (or AlBr3) Br
+ HBr
กลไกการเกดิ ปฏิกริ ิยา
Bromobenzene

81

คารโ์ บแคตไอออน

จากกลไกการเกิดปฏิกิริยาข้างต้น ในข้ันตอนแรกโบรมีน (Br2) จะเข้าท้าปฏิกิริยากับ
FeBr3 (กรดลิวอิส) ได้สารประกอบเชิงซ้อนของกรด-เบสลิวอิส ซ่ึงเป็นอิเล็กโทรไฟล์ที่แรงกว่า
โบรมีน (Br2) จากนั้นเบนซีนท้าหน้าท่ีเป็นนิวคลีโอไฟล์เข้าท้าปฏิกิริยาและรับโบรมีนจาก
สารประกอบเชิงซ้อนของกรด-เบสลิวอิส เกิดเป็นคาร์โบแคตไอออนที่มีโบรมีนอยู่ซ่ึงเรียกว่า
แอรีเนียมไอออน (arenium ion) ในข้ันตอนสุดท้าย FeBr4 จะเข้าดึงโปรตอนออกไปจาก
คาร์บอนอะตอมท่ีสร้างพันธะกับหมู่โบรมีน (-Br) และได้สารประกอบอะโรมาติกชนิด
bromobenzene เปน็ สารผลิตภัณฑ์
2.4.4 ปฏกิ ริ ิยาฟรีเดล-คราฟส์ แอลคิลเลชนั (Friedel-Crafts Alkylation Reaction)

ปฏิกริ ยิ าฟรีเดล-คราฟส์ แอลคลิ เลชัน เปน็ ปฏกิ ริ ิยาระหว่างสารประกอบอะโรมาตกิ กับ
อิเล็กโทรไฟล์ชนดิ คารโ์ บแคตไอออนทไี่ ด้จากสารประกอบแอลคิลเฮไลด์ท้าปฏกิ ริ ยิ ากับกรดลิวอสิ
เชน่ อะลมู ิเนยี มคลอไรด์ หรอื เฟอรกิ คลอไรด์ ดงั น้ันในปฏกิ ิริยาน้ีไฮโดรเจนอะตอมบนวง
อะโรมาติกจะถูกแทนที่ดว้ ยหมู่แอลคลิ ในกรณีท่ใี ช้เบนซนี เปน็ สารต้งั ต้นจะได้สารประกอบ
แอลคิลเบนซนี เป็นสารผลิตภัณฑ์ ดังสมการและกลไกท่ีแสดงในตัวอย่างที่ 56
ตวั อย่างท่ี 56

82

คาร์โบแคตไอออน

กลไกการเกดิ ปฏิกริ ิยา

จากกลไกการเกิดปฏิกิริยาข้างต้น ในข้ันตอนแรกแอลคิลเฮไลด์จะท้าปฏิกิริยากับกรด
ลิวอิส โดยกรดลิวอิสรับอิเล็กตรอนจากหมู่เฮไลด์ของแอลคิลเฮไลด์และเกิดเป็นคาร์โบแคต
ไอออน จากนั้นเบนซีนท้าหน้าท่ีเป็นนิวคลีโอไฟล์เข้าท้าปฏิกิริยากับคาร์โบแคตไอออนได้ซิกมา
คอมเพล็กซ์ (sigma complex) ในขั้นตอนสุดท้าย AlCl4 จะเข้าดึงโปรตอนออกจากอะตอม
คาร์บอนท่ีสร้างพันธะกับหมู่แอลคิล ได้สารประกอบอะโรมาติกชนิดแอลคิลเบนซีนเป็นสาร
ผลิตภณั ฑ์

ตัวอย่างปฏิกิริยาฟรีเดล-คราฟส์ แอลคิลเลชันของเบนซีนและสารประกอบเฮไลด์ชนิด
2-chloro-2-methylbutane (สารประกอบเฮไลด์ชนิดตติยภูมิ) โดยใช้อะลูมิเนียมคลอไรด์เป็น
ตัวเรง่ ปฏิกิริยา จะเกิดปฏิกิริยาแทนท่ีด้วยหมู่แอลคิลได้ tert-pentylbenzene เป็นสารผลิตภัณฑ์
แสดงดังสมการและกลไกในตัวอยา่ งที่ 57

ตัวอย่างท่ี 57

83

คาร์โบแคตไอออน

กลไกการเกิดปฏิกิรยิ า

เน่ืองจากปฏิกิริยาน้ีเป็นการท้าปฏิกิริยาระหว่างสารประกอบอะโรมาติกกับคาร์โบแคต
ไอออน ดังน้ันจะเกิดการจัดตัวใหม่เพ่ือเกิดเป็นคาร์โบแคตไอออนท่ีเสถียร ก่อนท่ีจะเข้าท้า
ปฏิกิริยากับสารประกอบอะโรมาติก จึงท้าให้ปฏิกิริยาชนิดน้ีได้สารผลิตภัณฑ์มากกว่า 1 ชนิด
ดังเช่นปฏิกิริยาฟรีเดล-คราฟส์ แอลคิลเลชันของเบนซีนและ 2-chloro-3-methylbutane โดยใช้
กรดลิวอิสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา สามารถเกิดผลิตภัณฑ์ได้ 2 ชนิดได้แก่ 1-(3-methylbutan-2-
yl)benzene และ tert-pentylbenzene แสดงดงั สมการในตวั อยา่ งท่ี 58
ตัวอย่างท่ี 58

84

คาร์โบแคตไอออน

1-(3-methylbutan-2-yl)benzene เป็นสารผลิตภัณฑ์ท่ีเกิดจากเบนซีนท้าปฏิกิริยากับ
คาร์โบแคตไอออนชนิดทุติยภูมิ ส่วนสารผลิตภัณฑ์ชนิด tert-pentylbenzene จะเกิดจาก
คาร์โบแคตไอออนชนิดทุติยภูมิจัดตัวใหม่เกิดเป็นคาร์โบแคตไอออนชนิดตติยภูมิและเข้าท้า
ปฏิกิริยากบั เบนซีน กลไกการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาในส่วนการท้าปฏิกิรยิ าของคาร์โบแคตไอออนแสดงได้
ดังต่อไปนี้
กลไกการเกิดปฏิกิรยิ า ผา่ นคาร์โบแคตไอออนชนิดทุติยภูมิ

กลไกการเกดิ ปฏกิ ิริยา ผา่ นการจัดตัวใหม่เป็นคารโ์ บแคตไอออนชนิดตติยภมู ิ

85

คาร์โบแคตไอออน

ในกรณีทใ่ี ช้สารต้ังต้นในปฏิกิริยาฟรีเดล-คราฟส์ แอลคิลเลชัน เป็นสารประกอบแอลคิล
เฮไลด์ชนิดปฐมภูมิ ท้าให้เกิดคาร์โบแคตไอออนชนิดปฐมภูมิท่ีไม่เสถียร ซ่ึงแอลคิลเฮไลด์ชนิด
ปฐมภูมิจะท้าปฏิกริ ิยากับกรดลิวอสิ ได้สารประกอบเชิงซ้อนระหว่างแอลคิลเฮไลด์และกรดลิวอิส
โดยสารประกอบเชิงซ้อนดังกล่าวจะท้าหน้าที่คล้ายคาร์โบแคตไอออนและเป็นอิเล็กโทรไฟล์ใน
ปฏกิ ิริยา ดงั สมการและกลไกทแี่ สดงในตวั อยา่ งท่ี 59
ตวั อยา่ งที่ 59

กลไกการเกดิ ปฏกิ ิริยา

การใชแ้ อลคิลเฮไลด์ชนิดปฐมภมู ิเปน็ สารต้ังต้นในปฏิกริ ิยาฟรเี ดล-คราฟส์ แอลคลิ เลชัน
มกั จะเกดิ ปัญหา เนือ่ งจากสารประกอบเชงิ ซอ้ นท่ีท้าหนา้ ท่ีคล้ายคาร์โบแคตไอออน และเป็น
อเิ ล็กโทรไฟล์ในปฏกิ ิรยิ า สามารถจดั ตัวใหมเ่ พือ่ ให้ได้คาร์โบแคตไอออนที่เสถียรกว่า

86

คาร์โบแคตไอออน

ตัวอย่างปฏกิ ิริยาฟรีเดล-คราฟส์ แอลคิลเลชันของเบนซีน และสารประกอบเฮไลด์ชนดิ
1-chlorobutane (สารประกอบเฮไลด์ชนดิ ปฐมภมู )ิ โดยใช้อะลมู ิเนียมคลอไรด์เป็นตัวเรง่
ปฏิกริ ิยา จะเกิดการจัดตัวใหม่เปน็ คาร์โบแคตไอออนชนิดทุติยภมู ิและได้ sec-butylbenzene
เป็นสารผลิตภณั ฑ์ ดังสมการและกลไกท่ีแสดงในตัวอยา่ งที่ 60
ตวั อยา่ งที่ 60

กลไกการเกดิ ปฏกิ ิริยา

87

คารโ์ บแคตไอออน

2.4.5 ปฏิกริ ยิ าฟรเี ดล-คราฟส์ เอซิลเลชัน (Friedel-Crafts Acylation Reaction)
ปฏิกริ ิยาฟรีเดล-คราฟส์ เอซลิ เลชันน้ี เปน็ ปฏกิ ิริยาระหวา่ งสารประกอบอะโรมาติกกับ

อิเลก็ โทรไฟล์ชนดิ เอซลิ เลียมไอออน (acylium ion, R-CO+) ซ่ึงเกดิ มาจากสารประกอบ
แอซิดคลอไรด์ หรือแอซิดแอนไฮไดรด์ ท้าปฏกิ ิริยากับกรดลิวอสิ ซึง่ นยิ มใชอ้ ะลมู เิ นียมคลอไรด์
ดังน้ันในปฏกิ ิรยิ านี้ไฮโดรเจนอะตอมบนวงอะโรมาตกิ จะถูกแทนท่ีดว้ ยหมู่เอซลิ ในกรณที ีใ่ ช้
เบนซนี เปน็ สารตง้ั ตน้ จะไดส้ ารประกอบอะโรมาติกคีโตน (acylbenzene) เป็นสารผลติ ภัณฑ์
แสดงดงั สมการและกลไกในตวั อยา่ งที่ 61
ตัวอยา่ งที่ 61

กลไกการเกิดปฏกิ ิรยิ า

88

คารโ์ บแคตไอออน

จากกลไกการเกิดปฏิกิริยาข้างต้น ในข้ันตอนแรกสารประกอบแอซิดคลอไรด์ จะท้า
ปฏิกิริยากับกรดลิวอิส (อะลูมิเนียมคลอไรด์) โดยกรดลิวอิสรับอิเล็กตรอนจากคลอไรด์ของ
สารประกอบแอซิดคลอไรด์และเกิดเป็นอิเล็กโทรไฟล์ชนิดเอซิลเลียมไอออน จากน้ันเบนซีนท้า
หน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์เข้าท้าปฏิกิริยากับเอซิลเลียมไอออนซ่ึงเป็นอิเล็กโทรไฟล์ในปฏิกิริยาได้
ซิกมาคอมเพล็กซ์ (sigma complex) ในข้ันตอนต่อมา AlCl4 จะเข้าดึงโปรตอนออกจาก
คาร์บอนอะตอมท่ีสร้างพันธะกับหมู่เอซิล และได้สารประกอบอะโรมาติกชนิด acylbenzene
เป็นสารผลิตภณั ฑ์

ตัวอย่างการใช้ปฏิกิริยาฟรีเดล-คราฟส์ เอซิลเลชัน เป็นขั้นตอนที่ส้าคัญข้ันตอนหนึ่งใน
การสังเคราะห์ agomelatine ซึ่งเป็นยารักษาโรคซึมเศร้า (antidepressant) ชนิดหน่ึง5 โดยใน
ข้ันตอนการเกิดปฏิกิริยาฟรีเดล-คราฟส์ เอซิลเลชันน้ัน 2-naphthyl acetate จะเกิดปฏิกิริยากับ
acetyl chloride ในสภาวะที่มีอะลูมเิ นยี มคลอไรด์เปน็ ตัวเรง่ ปฏิกริ ิยา ได้สารผลิตภัณฑ์ท่ีเกิดจาก
การแทนที่ด้วยหมู่ acetyl 2 ชนิด โดยการแทนท่ีในต้าแหน่งท่ี 5 และ 8 ได้ 5-acetyl-2-
naphthylacetate และ 8-acetyl-2-naphthylacetate (อัตราส่วน 85:15) ซึ่ง 8-acetyl-2-
naphthylacetate ถูกน้าไปใช้ในการสังเคราะห์ agomelatine ต่อไป แสดงดังสมการในตัวอย่าง
ท่ี 62

89

คารโ์ บแคตไอออน

ตัวอยา่ งท่ี 625

ปฏิกิริยาฟรีเดล-คราฟส์ เอซิลเลชัน เป็นวิธีที่ดีส้าหรับการต่อสายโซ่คาร์บอนเข้ากับวง
แหวนอะโรมาติก เนื่องจากสามารถควบคุมการเกิดสารผลิตภัณฑ์ได้ดีกว่าปฏิกิริยาฟรีเดล-
คราฟส์ แอลคิลเลชัน โดยสามารถท้าปฏิกิริยารีดักชันของสารประกอบอะโรมาติกคีโตน เพ่ือ
เปล่ียนหมู่เอซิลเป็นหมู่แอลคิลได้ เช่น การใช้ปฏิกิริยาเคลเมนเซ่น รีดักชัน (Clemmensen
Reduction) เพ่ือเปลี่ยนหมู่เอซิลของสารประกอบอะโรมาติกคีโตนเป็นหมู่แอลคิล โดยใช้สังกะสี
อะมัลกมั (Zn(Hg))ในสารละลายกรดเป็นรีเอเจนต์

90

คาร์โบแคตไอออน

ตวั อย่างการใช้ประโยชนจ์ ากปฏิกิรยิ าเคลเมนเซน่ รีดักชนั เพ่ือสังเคราะห์แอลคิลเบนซีน
(1-butylbenzene) สามารถใหเ้ ปอร์เซน็ ตผ์ ลผลิตสูงกว่าการสงั เคราะห์ผ่านปฏิกิรยิ าฟรเี ดล-
คราฟส์ แอลคิลเลชันโดยตรง แสดงดงั สมการในตัวอย่างท่ี 63
ตวั อย่างที่ 63

เม่ือเปรียบเทยี บกับการเลือกใช้วิธีสังเคราะห์ 1-butylbenzene โดยปฏกิ ิริยาฟรีเดล-
คราฟส์ แอลคิลเลชัน จะพบวา่ เกิดปญั หาเนื่องจากจะได้ sec-butylbenzene เป็นสารผลติ ภณั ฑ์
ซ่ึงเกดิ จากคารโ์ บแคตไอออนเกิดการจัดตวั ใหม่เพ่ือใหไ้ ด้คารโ์ บแคตไอออนท่ีเสถียรกวา่ (ดังทไ่ี ด้
กล่าวมาแล้วขา้ งต้น) ในกรณีนี้คารโ์ บแคตไอออนชนิดปฐมภมู ิจะเกิดการจัดตวั ใหม่กลายเปน็
คาร์โบแคตไอออนชนิดทตุ ิยภูมิ และได้ sec-butylbenzene เปน็ สารผลติ ภัณฑ์

91

คารบ์ นี

บทท่ี 3 คารบ์ นี (Carbene)

คารบ์ นี เป็นสารมธั ยนั ตร์ชนดิ คาร์บอน ท่ีคาร์บอนอะตอมมีประจุเป็นกลาง มีอิเล็กตรอน
ล้อมรอบคาร์บอนอะตอม 6 อิเล็กตรอน ซึ่งขาดอิเล็กตรอน และมีอิเล็กตรอนไม่ครบ octet
หรือไม่ครบ 8 อิเล็กตรอน คาร์บีนจะสร้างพันธะโคเวเลนต์กับอะตอมหรือหมู่ของอะตอมอีก 2
หมู่ และมีความวอ่ งไวในการเกิดปฏิกริ ิยา

ตัวอย่างคารบ์ ีนชนดิ ต่างๆ แสดงดงั น้ี

คารบ์ ีนสามารถแบ่งไดเ้ ป็น 2 ชนดิ โดยมรี ปู ร่างและความวอ่ งไวในการเกิดปฏกิ ริ ิยาท่ี
ตา่ งกัน คือ Singlet carbene และ Triplet carbene

Singlet carbene เป็นคาร์บีนทค่ี ารบ์ อนอะตอมมไี ฮบริดออรบ์ ิทัลแบบ sp2 และมี
p-ออร์บทิ ัล ซึง่ เปน็ ออร์บิทัลท่วี ่าง 1 ออร์บิทัล ทามมุ ต้งั ฉากอยู่กบั ไฮบริดออร์บทิ ลั แบบ sp2 โดย
คาร์บอนอะตอมของคาร์บีนใช้ ไฮบริดออร์บิทลั แบบ sp2 สร้างพันธะกบั อะตอมหรือหมู่ของ
อะตอมอีก 2 หมู่ และ ไฮบริดออรบ์ ิทัลแบบ sp2 ทเี่ หลือจะมีอิเลก็ ตรอน 2 อิเล็กตรอนทีไ่ มไ่ ด้ใช้
สร้างพนั ธะบรรจอุ ยู่ โดยอิเล็กตรอนทั้ง 2 มสี ปิน (spin) ในทศิ ทางตรงข้ามกัน หมูแ่ ทนทที่ ้ัง 2 หมู่
บนคารบ์ นี ชนิดน้ีจะถูกแรงผลักจากคู่อเิ ล็กตรอนทไี่ ม่ไดใ้ ชส้ รา้ งพนั ธะ ทาให้คาร์บีนชนิดนีม้ ี
รปู ร่างแบบมมุ งอ (V-shape) โดยหมูแ่ ทนท่ีท้ังสองหมหู่ า่ งกันประมาณ 120o

Triplet carbene เป็นคารบ์ ีนที่มไี ฮบริดออร์บิทัลแบบ sp และมี p-ออรบ์ ทิ ัล 2 ออรบ์ ิทลั
ทามมุ ต้งั ฉากอยูก่ ับไฮบริดออร์บทิ ัลแบบ sp โดยคาร์บอนอะตอมของคาร์บีนใช้ไฮบรดิ ออรบ์ ิทัล

92

คารบ์ นี

แบบ sp สรา้ งพนั ธะกบั อะตอมหรือหมขู่ องอะตอมอกี 2 หมู่ และ p-ออร์บิทัลทั้ง 2 ออร์บิทลั มี
อิเลก็ ตรอนบรรจุอยอู่ อร์บิทัลละ 1 อเิ ลก็ ตรอน โดยอิเล็กตรอนทงั้ 2 มสี ปนิ (spin) ในทิศทาง
เดียวกัน หมู่แทนที่ทั้ง 2 หมู่บนคาร์บนี ชนิดนี้จะถูกแรงผลักจากอเิ ล็กตรอนใน p-ออร์บทิ ัลทง้ั สอง
ออร์บิทลั ทาให้คาร์บีนชนิดน้ีมรี ปู ร่างแบบเสน้ ตรง (linear) หรือหมู่แทนที่ทั้งสองหม่หู ่างกัน
ประมาณ 180o

เนอื่ งจากคาร์บนี คารบ์ อนมีอเิ ล็กตรอนล้อมรอบ 6 อเิ ล็กตรอน จึงขาดอิเลก็ ตรอนอีก 2
อิเล็กตรอนจึงจะครบ octet จงึ ทาใหม้ คี ุณสมบัติเป็นอเิ ลก็ โทรไฟล์ท่ดี ี และพรอ้ มทีจ่ ะรับ
อิเล็กตรอนอยา่ งรวดเรว็ จึงมคี วามว่องไวต่อการทาปฏกิ ิรยิ าสงู พบวา่ Singlet carbene จะมี
ความว่องไวในการทาปฏิกิริยาสูงกว่า Triplet carbene

วธิ ีการเตรยี มคาร์บีนในห้องปฏบิ ัติการสามารถทาได้โดยใช้ปฏกิ ริ ิยาพื้นฐานดังนี้

1. การเตรียมคาร์บนี จากสารประกอบไดเอโซมเี ทน
ปฏกิ ิรยิ านี้ใชส้ ารต้งั ต้นชนิดสารประกอบไดเอโซมีเทน (diazomethane, CH2N2) ทา

ปฏกิ ิริยาภายใตส้ ภาวะท่ีใช้ความร้อน หรือใช้แสงเปน็ ตัวเร่งปฏกิ ริ ยิ า (photolysis) ซง่ึ จะทาให้
ไดเอโซมีเทนสลายตัวได้ เมทิลีนคาร์บีน (methylene carbene) และ กา๊ ซไนโตรเจนเปน็ สาร
ผลติ ภณั ฑ์ แสดงดงั สมการในตวั อย่างที่ 1

ตวั อยา่ งท่ี 1

93