ตำราเคมีอินทรีย์ [Jadsada Ratniyom]

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 223


ตัวอย่างที่ 5.11 | การแตกพันธะ
โจทย ์ จงเขียนลูกศรแสดงการแตกพันธะแบบ heterolysis ของพันธะ C—Z (เมื่อ Z เป็น
อะตอมใด ๆ ที่มีค่า EN สูง) พร้อมเขียนสารตัวกลางที่เกิดขึ้นและระบุชนิดว่าเป็น คาร์

โบแคทไอออน หรือ คาร์แบนไอออน






วิธีคิด การแตกพันธะแบบ heterolysis นั้น อิเล็กตรอนที่อยู่ในพันธะสองอิเล็กตรอนจะ
เคลื่อนไปอยู่ที่อะตอมใดอะตอมหนึ่ง ส่วนมากมักเคลื่อนไปอยู่ที่อะตอมที่มีค่า EN สูง



























ค่า EN ของ C สูงกว่า Li
อิเล็กตรอนจึงขึ้นไปบน C



ตัวอย่างที่ 5.12 | การฝึกใช้ลูกศรแสดงการเคลื่อนของอิเล็กตรอน
โจทย ์ จงเติมลูกศรแสดงการเคลื่อนของอิเล็กตรอน ลงในปฏิกิริยาต่อไปนี้

224 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ตัวอย่างที่ 5.12 | การฝึกใช้ลูกศรแสดงการเคลื่อนของอิเล็กตรอน (ต่อ)

วิธีคิด (a) ปฏิกิริยานี้ จะสลายพันธะ C–O แบบ heterolysis เพราะต้องขจัด H2O ออก จะ
เห็นว่า คาร์โบแคทไอออน ที่เกิดขึ้น H2O หลุดออกไป ดังนั้น จึงใช้ลูกศรเต็มหัว ดัง

แสดง








(b) ปฏิกิริยานี้ จะเกี่ยวข้องกับแรดิคัล ดังนั้น ลูกศรที่ใช้ในการแสดงการเคลื่อนของ

อิเล็กตรอนเดี่ยว ในการสร้าง หรือสลายพันธะจะเป็นแบบ ลูกศรครึ่งหัว ดังแสดง











5.6.4 คาร์บอนแรดิคัล คาร์โบแคทไอออน และคาร์แบนไอออน Vs นิวคลีโอไฟล์และอ ิ
เล็กโทรไฟล์ในปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์
การสลายพันธะทั้งแบบ homolytic cleavage และ heterolytic cleavage ทำให้

เกิดสารตัววกลาง (intermediate) เป็น แรดิคัล, คาร์โบแคทไอออน และคาร์แบนไอออน ซึ่งสาร
ตัวกลางเหล่านี้ จะไม่เป็นไปตามกฏออกเตต ดังนั้น อาจกล่าวได้ว่า
❑ คาร์บอนแรดิคัลและคาร์โบแคทไอออนมักทำหน้าที่เป็น electrophile เพราะขาด
แคลนอิเล็กตรอน (อิเล็กตรอนรอบคาร์บอนไม่ครบแปด ขาดอิเล็กตรอน)

❑ คาร์แบนไอออนทำหน้าที่เป็น นิวคลีโอไฟล์ เพราะมีคาร์บอนที่มีอิเล็กตรอนคู่โดด
เดี่ยว สามารถให้อิเล็กตรอนได้










C ไม่ครบออกเตต C ครบออกเตต
มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 1 คู่

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 225



5.6.5 ความเสถียรของคาร์บอนแรดิคัล คาร์โบแคทไอออน และ คาร์แบนไอออน
ื่
เราควรศึกษาการความเสถียรของคาร์บอนแรดิคัลและคาร์โบแคทไอออนกันก่อน เพอ
ิ
ี
จะได้นำไปใช้ทำนายสารผลิตภัณฑ์หลักที่จะเกิดขึ้นในปฏิกิริยาเคมอนทรีย์อื่น ๆ ต่อไป

5.6.5A ความเสถียรของคาร์บอนแรดิคัล
ู
คาร์บอนแรดิคัลจะถกแบ่งประเภทตามจำนวนหมู่แทนที่ (R-group) ที่มาเกาะ
รอบ ๆ คาร์บอนที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยว โดยหากมีหมู่ R มากาะ 1 หมู่เรียก primary (1°) คาร์บอนแรดิ
คัล, มีหมู่ R มาเกาะ 2 หมู่เรียก secondary (2°) คาร์บอนแรดิคัล และหากมีหมู่ R มากาะ 3 หมู่เรียก
tertiary (3°) คาร์บอนแรดิคัล ซึ่งความเสถียรของ คาร์บอนแรดิคัลก็จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนหมู่แทนที่ R
ที่มาเกาะ เพราะแรดิคัลเป็นสปีชีส์ที่ขาดแคลนอิเล็กตรอน ซึ่งหมู่อัลคิล (R) จัดเป็นหมู่ให้อิเล็กตรอน

(electron-donating group) จะให้อิเล็กตรอนผ่านพันธะซิกมามายังคาร์บอนแรดิคัลที่อยู่ตรงกลาง
ปรากฏการณ์นี้อาจเรียกได้ว่าเป็นผลของอินดักทีฟ ดังนั้น tertiary คาร์บอนแรดิคัล จึงมีความเสถียร
มากที่สุด รองลงมาคือ secondary คาร์บอนแรดิคัล, primary คาร์บอนแรดิคัล และ methyl แรดิคัล
ตามลำดับ ดังแสดง




เสถียรต่ำสุด เสถียรมากสุด







หมู่อัลคิลเพิ่มขึ้นความเสถียรของคาร์บอนแรดิคัลเพิ่มขึ้น

5.6.5B ความเสถียรของคาร์โบแคทไอออน
คาร์โบแคทไอออน แบ่งเป็น primary (1°), secondary (2°) และ tertiary

(3°) คาร์โบแคทไอออน ซึ่งแบ่งตามจำนวนหมู่แทนที่ (R-group) ที่มาเกาะรอบ ๆ คาร์บอนที่ติดประจุ
บวก เหมือนกันกับ carbon radical หมู่แทนที่อัลคิลจัดว่าเป็นหมู่ให้อิเล็กตรอนแบบอินดักทีฟ จะ
ช่วยส่งความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจากหมู่แทนที่มาที่คาร์โบแคทไอออน เสมือนว่าความเป็นบวก
ของคาร์โบแคทไอออนน้อยลง ทำให้ความเสถียรของคาร์โบแคทไอออน เพิ่มตามจำนวนหมู่แทนที่ R



เสถียรต่ำสุด เสถียรมากสุด







ความเสถียรของคาร์โบแคทไอออนเพิ่มขึ้น

226 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ตัวอย่างที่ 5.13 | การฝึกแยกประเภทคาร์โบแคทไอออน
โจทย ์ จงแยกประเภทคาร์โบแคทไอออนต่อไปนี้ เป็น primary, secondary หรือ tertiary
คาร์โบแคทไอออน




วิธีคิด คาร์โบแคทไอออนแบ่งตามจำนวนหมู่ R ที่มาเกาะรอบ ๆ คาร์บอนอะตอมที่ติดประจุ
บวก โดยหากมีหมู่ R มาเกาะ 1 หมู่เรียก primary (1°) คาร์โบแคทไอออน, มีหมู่ R
มากาะ 2 หมู่เรียก secondary (2°) คาร์โบแคทไอออน และหากมีหมู่ R มาเกาะ 3 หมู่

เรียก tertiary (3°) คาร์โบแคทไอออน
























ตัวอย่างที่ 5.14 | ความเสถียรของคาร์โบแคทไอออน

โจทย ์ จงเรียงลำดับความเสถียรของคาร์โบแคทไอออนจากน้อยไปมาก ในแต่ละข้อต่อไปนี้









วิธีคิด ขั้นแรกควรแยกประเภทของคาร์โบแคทไอออนให้ได้เสียก่อน สำหรับคาร์โบแคท

ไอออน หากหมู่ R รอบ ๆ คาร์บอนที่ติดประจุบวกมีมากขึ้น ความเสถียรก็จะเพิ่มขึ้น
ดังนั้น สามารถเรียงลำดับความเสถียรของคาร์โบแคทไอออนจากน้อยไปมากได้ดังนี้

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 227


ตัวอย่างที่ 5.14 | ความเสถียรของคาร์โบแคทไอออน (ต่อ)




























5.6.5C ไฮเปอร์คอนจูเกชัน (Hyperconjugation)
อีกเหตุผลหนึ่งที่ใช้อธิบายความเสถียรของของคาร์โบแคทไอออนได้ คือ
ไฮเปอร์คอนจูเกชัน (Hyperconjugation) กล่าวคือการที่ tertiary (3°) คาร์โบแคทไอออน เสถียรกว่า

secondary (2°) และ primary (1°) เพราะสามารถเกิดการเคลื่อนของอิเล็กตรอนผ่านผลของไฮเปอร์
คอนจูเกชันได้ โดย p ออบิทัล ที่ว่างอยู่ของ 3° คาร์โบแคทไอออน ได้รับการซ้อนเหลื่อม (orbital
overlap) จากพันธะ σ ของ C–H (ในพันธะ σ มีอิเล็กตรอนช่วยเพิ่มความเสถียรให้ p ออ-บิทัล ที่ว่า
งอยู่ได้) การซ้อนเหลื่อมนี้ทำให้ประจุบวกกระจายไปได้ทั่วทั้งโมเลกุล จึงทำให้ 3° คาร์โบแคทไอออนนี้

เสถียรกว่าทั้งสองตัว ดังแสดง ในภาพที่ 5.2


p ออบิทัลที่ว่างอยู่ของคาร์โบแคทไอออน ไม่มี
โอกาสได้รับการซ้อนเหลื่อมจากพันธะ σ











p ออบิทัลที่ว่างอยู่ได้รับการซ้อนเหลื่อม การกระจายตัวของประจุบวกอันเป็นผล

จากพันธะ σ จากอะตอมข้างเคียง จาก ไฮเปอร์คอนจูเกชัน


ภาพที่ 5.2 การเกิดไฮเปอร์คอนจูเกชันช่วยเพิ่มความเสถียรให้คาร์โบแคทไอออน
ปรับปรุงจาก: Smith, J. (2010). Organic Chemistry: McGraw-Hill Education.

228 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


❑ ไฮเปอร์คอนจูเกชัน คือ การที่อิเล็กตรอนในพันธะซิกมา (พันธะ C–H) ที่อยู่ข้างเคียงของคาร์
โบแคทไอออน เกิดการซ้อนเหลื่อมบางส่วนกับ p ออร์บิทัล ที่ว่างอยู่


จากภาพที่ 5.2 ทั้ง methyl คาร์โบแคทไอออน และ (CH3)3C จะมีไฮบริดไดเซชัน
+
แบบ sp แต่ methyl คาร์โบแคทไอออน ข้างเคียงไม่มีหมู่ CH3 ที่จะให้อิเล็กตรอนแบบไฮเปอร์คอนจู
2
+
เกชันได้ แต่ (CH3)3C มีพันธะ C–H ในหมู่ CH3 จึงสามารถให้อิเล็กตรอนแบบไฮเปอร์คอนจูเกชันได้
จึงมีความเสถียรสูงกว่า methyl คาร์โบแคทไอออน ดังนั้นอาจกล่าวได้ว่า หากคาร์โบแคทไอออน มี
หมู่อัลคิลที่มีขนาดใหญ่อยู่ข้างเคียง ก็มีโอกาสเกิดไฮเปอร์คอนจูเกชันได้สูง ทำให้ได้รับโอกาสถูกทำให้
เสถียรได้มาก ไฮเปอร์คอนจูเกชันนั้นอาจเป็นอกทางเลือกหนึ่งที่ใช้อธิบายความเสถียรของคาร์โบแคท
ี
ไอออนได้

5.6.5D ความเสถียรของคาร์แบนไอออน
คาร์แบนไอออน คือ คาร์บอนอะตอมที่ติดประจุลบ มีเวเลนต์อิเล็กตรอน

ครบ 8 อิเล็กตรอน ดังนั้นจึงไม่ไช่สปีชีส์ที่ขาดอิเล็กตรอน คาร์บอนอะตอมในคาร์แบนไอออนจะมี
3
ไฮบริดไดเซชันแบบ sp มีรูปร่างเป็นพีระมิดฐานสามเหลี่ยม คาร์แบนไอออนแบ่งชนิดตามจำนวนหมู่
R ที่เกาะรอบ ๆ คาร์บอนอะตอมที่ติดประจุลบ แบ่งเป็น primary (1°), secondary (2°) และ tertiary

(3°) คาร์แบนไอออน ความเสถียรจะตรงข้ามกับ คาร์โบแคทไอออน ดังแสดง




เสถียรมากสุด เสถียรต่ำสุด









เนื่องด้วยคาร์แบนไอออนเป็นสปีชีย์ที่ติดประจุลบ หากมีหมู่ R มาเกาะมากขึ้น ก็จะยิ่งให้อิเล็กตรอน
มาที่คาร์แบนไอออนมากขึ้นทำให้ติดประจุลบมากขึ้น 3◦ คาร์แบนไอออน จึงเสถียรน้อยสุด ในทาง

กลับกับ methyl คาร์แบนไอออนที่ไม่มีหมู่ R ที่ให้อิเล็กตรอนได้มาเกาะ ทำให้มีความเสถียรสูงสุด
ดังนั้นอาจกล่าวได้ว่า กรณีของคาร์แบนไอออน ความเสถียรลดลงเมื่อมีหมู่ R เพิ่มขึ้น



5.7 รูปแบบการเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมี

(curved-arrow formalism)
ิ
การเขียนลูกศรในปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์จะใช้แสดงการเคลื่อนของอเล็กตรอน คล้าย ๆ กับการ
เขียนลูกศรเวลาเขียนโครงสร้างเรโซแนนซ์ แต่การเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีนี้ จะเขียน

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 229


ิ
หางลูกศรเริ่มจากนิวคลีโอไฟล์ไปยังอเล็กโทรไฟล์ การเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะใช้มาก
ในการอธิบายกลไกการเกิดปฏิกิริยา และในการทำนายสารผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์
พิจารณาหลักในการเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้จากตารางที่ 5.5


ตารางที่ 5.5 หลักการเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์

1) ระบุว่าสารใดเป็นอิเล็กโทรไฟล์ สารใดเป็นนิวคลีโอไฟล์

o เมื่อเห็นปฏิกิริยาเคมีดังแสดงด้านล่าง ให้สังเกตสารที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวหรือ
-
ประจุลบอยู่ในโมเลกุล สารนั้นจะเป็นนิวคลีโอไฟล์ ในกรณีนี้ คือ CH3O
o สารที่เป็นประจุบวกหรือมีตัวรับอิเล็กตรอนได้ สารนั้น คือ อิเล็กโทรไฟล์ ในกรณีนี้

CH3Cl คาร์บอนอยู่ติดกับ Cl ซึ่งมีค่า EN สูงจะดึงอิเล็กตรอนจาก C ทำให้ C มีความ
เป็นบวกมาก สาร CH3Cl จึงเป็นอิเล็กโทรไฟล์









มีประจุลบบน O อะตอม C มีความเป็น δ เพราะอยู่ติดกับ
+

Cl ที่ EN สูงจะดึงอิเล็กตรอน เรียนออนไลน์เรื่องน ี้
ได้ที่นี่

2) เขียนลูกศรแสดงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน การเขียนลูกศรนั้นหางลูกศรเริ่มจาก
อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของนิวคลีโอไฟล์ แล้วเขียนลากไปให้หัวลูกศรชี้ไปที่ตัวอิเล็กโทรไฟล์ใน

ตำแหน่งที่จะเข้าทำปฏิกิริยา กรณีนี้หัวลูกศรชี้ไปที่คาร์บอนอะตอมของ CH3Cl เพราะ C มี
ความเป็นบวกอยากรับอิเล็กตรอน ดังแสดง











3) เมื่อเขียนลูกศรแล้ว เขียนสารผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการทำปฏิกิริยา ลูกศรที่เขียนไปชนอิเล็ก

โทรไฟล์ คือ การสร้างพันธะใหม่ขึ้น ในกรณีนี้ถ้ามีการสร้างพันธะใหม่เกิดขึ้นจะทำให้
คาร์บอนอะตอมมี 5 แขนซึ่งเกินออกเตต จึงต้องทำลายพันธะของ C–Cl โดยเขียนลูกศร
-
จากพันธะขึ้นไปที่อะตอมของ Cl เมื่อ Cl หลุดออกไปเกิดเป็นคลอไรด์ไอออน (Cl)
อิเล็กตรอนจากเดิมที่อยู่ที่พันธะจะมาอยู่ที่คลอไรด์ไอออน ส่วนอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของ
-
CH3O จะหายไป 1 คู่เพราะมาใช้สร้างพันธะใหม่ ดังแสดง

230 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ตารางที่ 5.5 หลักการเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์

















การระบุนิวคลีโอไฟล์ไม่ได้มีความซับซ้อนมากนัก แต่ตัวอิเล็กโทรไฟล์และการเขียนลูกศรอาจ
มีหลายรูปแบบ ซึ่งจะอธิบายที่ละแบบดังต่อไปนี้



แบบที่ 1
อิเล็กโทรไฟล์ประเภทนี้จะมีคาร์บอนอะตอมที่ติดกับอะตอมของหมู่ VIIA จุดที่นิวคลีโอไฟล์จะเข้าชน

ทำปฏิกิริยา คือ คาร์บอนอะตอมที่ติดกับ X และจะมีการทำลายพันธะระหว่าง C–X เกิดขึ้น ให้คิด
เสมือน Nu เข้าทำปฏิกิริยากับ C ที่มีประจุบวกติดอยู่ ดังแสดง















แบบที่ 2

อิเล็กโทรไฟล์แบบนี้จะมีหมู่คาร์บอนิล (C═O) อยู่ นิวคลีโอไฟล์ (Nu:) จะเข้าทำปฏิกิริยาที่
คาร์บอนอะตอมของหมู่คาร์บอนิล เพราะคาร์บอนอะตอมของหมู่คาร์บอนิลเมื่อเขียนโครงสร้างเร-

โซแนนซ์แล้วประจุบวกจะอยู่ที่คาร์บอนอะตอม นิวคลีโอไฟล์จึงเข้าทำปฏิกิริยาที่คาร์บอนของหมู่คาร์-
บอนิลแล้วจะสลายพันธะคู่ของ C═O กลายเป็นพันธะเดี่ยว อิเล็กตรอนที่อยู่ในพันธะไพน์เดิมจะ
เคลื่อนขึ้นไปที่ออกซิเจนอะตอม แล้วติดประจุลบ ดังแสดง

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 231
















แบบที่ 3

อิเล็กโทรไฟล์ในกรณีนี้อาจไม่เรียกว่าอิเล็กโทรไฟล์ อาจเรียกว่ากรดแทน เพราะอยู่ในรูปกรด
อิเล็กโทรไฟล์ซึ่งจะมี H เชื่อมพันธะกับอะตอมที่มีค่า EN สูง เช่น HF, HCl เป็นต้น ส่วนนิวคลีโอไฟล์

ในกรณีนี้จะไม่เรียกว่านิวคลีโอไฟล์แต่จะเรียกว่าเบสแทน เพราะทำหน้าที่เป็นเบส คือ ดึงโปรตอน
เมื่อเบสทำหน้าที่ดึงโปรตอนเสร็จ พันธะระหว่าง H–Y จะแตกออก ดังแสดง












เพื่อความเข้าใจมากขึ้น เกี่ยวกับการเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมี พิจารณาตัวอย่าง

ที่ 5.15–5.17

ตัวอย่างที่ 5.15 | การเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมี

โจทย ์ จงเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมอินทรีย์ต่อไปนี้
ี

232 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ตัวอย่างที่ 5.15 | การเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมี (ต่อ)
วิธีคิด (a) ในกรณีนี้แม้ว่า acetaldehyde จะมีหมู่คาร์บอนิลอยู่ แต่ก็ไม่ได้ทำหน้าที่เป็น
อิเล็กโทรไฟล์ เพราะ O อะตอมใน acetaldehyde มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอยูจึง
่
สามารถทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ได้ ส่วน HCl ทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไฟล์
สามารถเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาได้ดังนี้





















เมื่อ O อะตอมของ acetaldehyde จับโปรตอนแล้ว โครงสร้างจะถูก ทำให้เสถียรโดย

ผลของเรโซแนนซ์

(b) ในปฏิกิริยานี้ cyclohexene ทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ เพราะพันธะไพน์สามารถ
ให้อิเล็กตรอนไปทำปฏิกิริยากับ HCl ซึ่งจัดเป็นกรดอิเล็กโทรไฟล์ ปฏิกิริยานี้จึงมี
การเขียนลูกศรคล้ายคลึงกับ แบบที่ 3 ดังแสดง










-
(c) ในปฏิกิริยานี้ OH จะทำหน้าที่เป็นลิวอิสเบส จับ H ที่คาร์บอนอะตอมที่อยู่
ข้างเคียงคาร์โบแคทไอออน ดังแสดง

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 233


ตัวอย่างที่ 5.16 | การเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีเพอทำนายสารผลิตภัณฑ์
ื่
ิ
โจทย ปฏิกิริยาที่ให้มานี้มีการเขียนลูกศรแสดงการเคลื่อนของอเล็กตรอนไว้ จงทำนายสาร
์
ผลิตภัณฑ์ จากปฏิกิริยาต่อไปนี้














วิธีคิด












ตัวอย่างที่ 5.17 | การเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีเพอทำนายสารผลิตภัณฑ์
ื่
ี
โจทย ์ จงเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมอินทรีย์ พร้อมทำนายสารที่เกิดขี้นจาก
ปฏิกิริยาต่อไปนี้










วิธีคิด (a) OCH3 จะทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ ส่วน acetaldehyde จะทำหน้าที่เป็นอิเล็ก-
-
โทรไฟล์ เขียนลูกศรตามแบบที่ 2
เมื่อเขียนลูกศรจากอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบนออกซิเจนอะตอมไปเชื่อมพันธะใหม่

กับคาร์บอนของหมู่คาร์บอนิลใน acetaldehyde แล้ว พันธะไพน์ของ C═O จะ
-
สลายตัวออก กลายเป็น C–O ดังแสดง

234 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ตัวอย่างที่ 5.17 | การเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีเพอทำนายสารผลิตภัณฑ์ (ต่อ)
ื่










(b) ในข้อนี้ H2O จะทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ เพราะมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบน
ออกซิเจนอะตอม (ในโจทย์จะไม่แสดง แต่ต้องรู้จากการเขียนโครงสร้างลิวอิส)
ส่วน คาร์โบแคทไอออน จะทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไฟล์ เพราะมีประจุบวกทพร้อม
ี่
รับอิเล็กตรอนจากนิวคลีโอไฟล์ เขียนลูกศรและสารผลิตภัณฑ์ได้ดังแสดง












5.8 สรุปสาระสำคัญประจำบท


• ทฤษฎีกรดเบส

ทฤษฎี คำจำกัดความ ตัวอย่าง
กรดของ Brønsted–Lowry ให้โปรตอน HCl, H2SO4, H2O, CH3COOH
-
-
เบสของ Brønsted–Lowry รับโปรตอน OH, H , NH3
กรดของลิวอิส รับคู่อิเล็กตรอน BF3, AlCl3
-
-
เบสของลิวอิส ให้คู่อิเล็กตรอน OH, H , NH3 , CH2=CH2

o คู่กรด โปรตอนมากกว่า 1 ตัว
o คู่เบสโปรตอนน้อยกว่า 1 ตัว

• การทำนายความแรงของกรด/เบส
o ทำนายความแรงของกรดพิจารณาจากความเสถียรคู่เบสของกรดนั้น
o ปัจจัยที่มีผลต่อความเสถียรคู่เบส: 1) ค่า EN, 2) ขนาดอะตอม, 3) ผลของเร

โซแนนซ์ 4) ผลของผลของอินดักทฟ 5) ผลของไฮบริดไดเซชัน
ี

• ทฤษฎีเรโซแนนซ์
o โครงสร้างเรโซแนนซ์เกิดขึ้นเมื่อสารไม่สามารถแสดงโครงสร้างของลิวอิสได้
โครงสร้างเดียว

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 235


o โครงสร้างเรโซแนนซ์ตำแหน่งของอิเล็กตรอนต่างกัน แต่ตำแหน่งของอะตอม
เหมือนกัน
o ความแตกต่างระหว่างไอโซเมอร์กับโครงสร้างเรโซแนนซ์ คือ ไอโซเมอร์ตำแหน่ง
อะตอมต่างกัน แต่โครงสร้างเรโซแนนซ์ตำแหน่งของอิเล็กตรอน ต่างกัน

o ยิ่งมีโครงสร้างเรโซแนนซ์มาก สารได้รับความเสถียรมาก

• ผลของอินดักทีฟ ปรากฏการณ์ที่ในโมเลกุลมีหมู่ดึงอิเล็กตรอน ดึงความหนาแน่นของ
อิเล็กตรอนในโมเลกุลผ่านพันธะซิกมา

• โมเลกุลใดที่มีทั้งผลของอินดักทีฟและผลของเรโซแนนซ์ ช่วยในการให้ความเสถียร
ของประจุลบในคู่เบสทั้งคู่ ให้พิจารณาว่า ผลของเรโซแนนซ์ จะมีผลมากกว่า


• ชนิดของปฏิกิริยา



[1] ปฏิกิริยาแทนที่



[2] ปฏิกิริยาการขจัด



[3] ปฏิกิริยาการเติม



• การแตกและสร้างพันธะ และสารตัวกลาง
o สลายพันธะทำให้เกิดสารตัวกลาง
o การสลายพันธะแบบ homolysis ทำให้เกิดแรดิคัล
o การสลายพันธะแบบ heterolysis ทำให้เกิดไอออน


สารตัวกลาง โครงสร้าง บทบาทหน้าที่


แรดิคัล อิเล็กโทรไฟล์



คาร์โบแคทไอออน อิเล็กโทรไฟล์


คาร์แบนไอออน นิวคลีโอไฟล์

236 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


o ความเสถียรของคาร์โบแคทไอออนและคาร์บอนแรดิคัล เพิ่มตามจำนวนหมู่ R
o ความเสถียรของคาร์แบนไอออน ลดลงหากจำนวนหมู่ R เพิ่มขึ้น

• รูปแบบการเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาเคม เขียนหางลูกศรเริ่มจากแหล่งที่มี
ี
อิเล็กตรอนในนิวคลีโอไฟล์ ไปหาอิเล็กโทรไฟล์ จุดที่คู่อิเล็กตรอนวิ่งไปชนจะมีการสร้าง
พันธะใหม่







แบบที่ 1










แบบที่ 2










แบบที่ 3

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 237


แบบฝึกหัดท้ายบทที่ 5
กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์



1) จงเขียนเติมลูกศรและอิเล็กตรอนในโครงสร้างเรโซแนนซ์ เพื่อให้ได้โครงสร้างเรโซแนนซ์ที่

สมบูรณ์

























2) จงเติมประจุฟอร์มอลของโครงสร้างเรโซแนนซ์ที่แสดงต่อไปนี้ พร้อมเขียนลูกศรและ
โครงสร้างเรโซแนนซ์ให้สมบูรณ์

238 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)



ี
3) จงเขียนโครงสร้างเรโซแนนซ์ต่อจากโครงสร้างที่แสดง ระบุประจุฟอร์มอล (ถ้าม)















4) จงเขียนโครงสร้างเรโซแนนซ์ของสารต่อไปนี้ พร้อมทั้งระบุ โครงสร้างใดเป็น major
contributor, minor contributor หรือทั้งสองโครงสร้างมีพลังงานเท่ากัน






















5) จงเขียนแสดงโครงสร้างเรโซแนนซ์ทั้งหมดที่เป็นไปได้ต่อไปนี้ พร้อมระบุว่าโครงสร้างใดเป็น
major contributor, minor contributor หรือโครงสร้างใดมีพลังงานเท่ากัน

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 239


6) จงใช้หลักการเรื่องเรโซแนนซ์อธิบายว่าโครงสร้างเรโซแนนซ์ในข้อใดต่อไปนี้มีความเสถียรมากกว่า

































7) จงเรียงลำดับความเป็นกรดของสารต่อไปนี้ พร้อมทั้งอธิบายเหตุผล
CH3OH, CH3COOH, NH3, H2SO4


8) พิจารณาสารต่อไปนี้








a. จงเขียนคู่เบสของสารที่แสดงด้านบน แล้วเรียงลำดับความเสถียรของคู่เบสเหล่านั้น

b. เรียงลำดับความแรงของกรดด้านบน

้
9) จงทำนายว่าสารใดในแต่ละขอเป็นกรดที่แรงกว่ากัน

240 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)



10) พิจารณาโครงสร้างของสารดังแสดง





10.1 ไนโตรเจนอะตอมใดในโมเลกุลนี้มีความเป็นกรดมากที่สุด
10.2 ถ้านำสารนี้ไปทำการเติม H จะเติมที่ตำแหน่งใดดีที่สุด ใช้โครงสร้างเรโซแนนซ์อธิบาย
+

11) จงแยกชนิดของปฏิกิริยาต่อไปนี้














12) จงเขียนลูกศร และสารผลิตภัณฑ์ของการสลายพันธะในแต่ละข้อ พร้อมระบุผลิตภัณฑ์ที่
เกิดขึ้นเป็นอินเตอร์มีเดียทแบบใด (แรดิคัล, คาร์โบแคทไอออน, คาร์แบนไอออน)











13) จงจำแนกชนิดของแรดิคัลต่อไปนี้ว่าเป็นชนิดใด (1°, 2°, 3°) แล้วเรียงลำดับความเสถียร









14) จงเรียงลำดับความเสถียรของแรดิคัล ต่อไปนี้

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 241


15) พิจารณาสารในแต่ละข้อ แล้วเรียงลำดับความเสถียรของสารต่อไปนี้












16) จงเขียนลูกศรแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นพร้อมทั้งระบุตัวใดเป็นนิวคลีโอไฟล์ ตัวใดเป็นอิเล็กโทร
ไฟล์ ระบุอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ประจุฟอร์มอลของทุกอะตอม (ถ้ามี)























17) จงระบุสารที่แสดงในปฏิกิริยาต่อไปนี้ว่าสารใดเป็นอิเล็กโทรไฟล์สารใดเป็นนิวคลีโอไฟล์พร้อม
ทั้งเขียนลูกศรแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น

242 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)















18) จงเขียนสารผลิตภัณฑ์ในแต่ละข้อตามลูกศรที่แสดง

















19) จงเขียนลูกศรแสดงการเกิดปฏิกิริยาและเขียนสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นของปฏิกิริยาต่อไปนี้

กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์ 243


การบ้านออนไลน์ประจำบทที่ 5 กรดเบสและปฏิกิริยาเบื้องต้นของสารอินทรีย์

งานวิจัยของ เจษฎา ราษฎร์นิยม และคณะ (2562a, 2562b; Ratniyom et al., 2016) ค้น
พบว่าคะแนนจากการบ้านออนไลน์ที่ฝึกทำระหว่างเรียนส่งผลต่อคะแนนสอบกลางภาคและปลายภาค
ตำราเล่มนี้จึงมีการบ้านออนไลน์ประจำบทเสริมไว้ให้ทำ และเมื่อทำเสร็จสิ้นจะแสดงเฉลยในทันที












การบ้านออนไลน์ Part 1 การบ้านออนไลน์ Part 2
ส่วนเรโซแนนซ ์ ส่วนกรดและเบส
สแกนตรงนี้ สแกนตรงนี้

244 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


เอกสารอ้างอิง



เจษฎา ราษฎร์นิยม, สุทธิพงศ์ บุญผดุง, & ธรรศนันต์ อุนนะนันทน์. (2562a). การจัดการเรียนรู้โดยใช้
การบ้านออนไลน์ในรายวิชาเคมีอินทรีย์สำหรับ นักศึกษาครูวิทยาศาสตร์: กรณีศึกษา

ความสัมพันธ์ระหว่างคะแนน การบ้านออนไลน์และผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน. วารสารวิจัย
ทางการศึกษา คณะศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, 14(2), 43–57.
เจษฎา ราษฎร์นิยม, สุทธิพงศ์ บุญผดุง, & ธรรศนันต์ อุนนะนันทน์. (2562b). ผลของการใช้การบ้าน
ออนไลน์ต่อผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของนักศึกษาครูวิทยาศาสตร์ชั้นปีที่ 1 ในรายวิชาเคมี

ทั่วไป. วารสารครุศาสตร์อุตสาหกรรม, 18(1), 178–188.

สุนันทา วิบูลจันทร์. (2554). เคมีอินทรีย์. นนทบุรี: เอ็นดับบลิว มีเดีย จำกัด.
Ashenhurst, J. (2011). How To Use Curved Arrows To Interchange Resonance Forms.
Retrieved September 20, 2018, from https://www.masterorganicchemistry.com/

2011/11/30/introduction-to-resonance-2-curved-arrows/

Ashenhurst, J. (2011). Introduction to Resonance. Retrieved September 9, 2018, from
https://www.masterorganicchemistry.com/2011/11/23/introduction-to-resonance
McMurry, J. (2011). Organic Chemistry. Brooks/Cole Cengage Learning.

Ouellette, R. J., & Rawn, J. D. (2018). Organic Chemistry (Second Edition) (pp. 51-86):

Academic Press. Retrieved April 10, 2020, from https://www.sciencedirect.com
/topics/chemistry/carbanion

Ratniyom, J., Boonphadung, S., Unnanantn, T. (2016). The Effects of Online Homework
on First Year Pre-Service Science Teachers’ Learning Achievements of Introductory
Organic Chemistry. International Journal of Environmental and Science

Education, 11(15), 8088–8099.
Smith, J. (2010). Organic Chemistry. McGraw-Hill Education.

Smith, M. B., & March, J. (2008). March’s Advanced Organic Chemistry. New York: Wiley.
Solomons, T. W. G., Fryhle, C., & Snyder, S. (2012). Organic Chemistry. Wiley.

Wade, L. G. (2013). Organic Chemistry. Pearson Education Limited.

บทที่ 6
อัลคิลเฮไลด์ (Alkyl halides)




6.1 บทนำ

ี
อัลคิลเฮไลด์ เป็นสารอินทรีย์ที่มอะตอมของธาตุฮาโลเจน (X) สร้างพันธะกับคาร์บอนอะตอม
3
ที่ไฮบริดไดเซชันเป็น sp สูตรทั่วไปของอัลคิลเฮไลด์คือ CnH2n+1X อัลคิลเฮไลด์แบ่งออกเป็น
1° อัลคิลเฮไลด์ (primary alkyl halide) , 2° อัลคิลเฮไลด์ (secondary alkyl halide), 3° อัลคิล
เฮไลด์ (tertiary alkyl halide) และเอริลเฮไลด์ (aryl halide) ซึ่งแต่ละชนิดจะแบ่งตามจำนวนหม ่ ู
แทนที่ที่มาเกาะที่คาร์บอน (ตำแหน่งที่ 1) ที่ติดกับ X โดยที่ถ้ามีหมู่แทนที่มาเกาะหนึ่งหมู่จะเรียกว่า
1° อัลคิเฮไลด์ ถ้ามีหมู่แทนที่มาเกาะสองหมู่จะเรียกว่า 2° อัลคิเฮไลด์ และในกรณีที่มีหมู่แทนที่มา

เกาะสามหมู่จะเรียกว่า 3° อัลคิลเฮไลด์ ดังแสดงในภาพที่ 6.1












หมู่ R 1 หมู่ หมู่ R 2 หมู่ หมู่ R 3 หมู่














ภาพที่ 6.1 โครงสร้าง ประเภท และตัวอย่างของอัลคิลเฮไลด์
ปรับปรุงจาก: Smith, J. (2010). Organic Chemistry: McGraw-Hill Education.

ในบางกรณีอาจเห็นอะตอมของธาตุฮาโลเจนเกาะกับคาร์บอนอะตอมที่มีไฮบริดไดเซชันเป็น

sp ยกตัวอย่างเช่น สารที่อะตอม X เกาะกับ C=C จะเรียกว่า vinyl halide หรือ หากเป็น
2
สารประกอบอะโรมาติกที่มีหมู่ฮาโลเจนเกาะอยู่ที่วงเบนซีนอย่างน้อยหนึ่งหมู่ เราจะเรียกสารนั้นว่า
เอริลเฮไลด์ (aryl halide) สารประกอบเฮไลด์ที่มีหน้าตาคล้ายคลึงกับ vinyl halide และ เอริล

เฮไลด์ คือ allylic halide กับ benzylic halide สาร allylic halide นั้นจะมีอะตอมของธาตุฮาโล
3
เจนเกาะกับคาร์บอนที่เป็น sp ไฮบริดออร์บิทัล และคาร์บอนนั้นเกาะกับ C=C ส่วน benzylic
3
halide จะจะมีอะตอมของธาตุฮาโลเจนเกาะกับคาร์บอนที่เป็น sp ไฮบริดออร์บิทัล และคาร์บอนนั้น

246 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


เกาะวงเบนซีน ความแตกต่างและโครงสร้างของสาร vinyl halide, aryl halide, allylic halide และ
benzylic halide แสดงดังภาพที่ 6.2













ทั้ง vinyl halide และ aryl halide จะไม่เกิดปฏิกิริยา ส่วน allylic halide และ bezylic halide จะสามารถ

แทนที่หรือปฏิกิริยาการขจัด เกิดปฏิกิริยาแทนที่หรือปฏิกิริยาการขจัดได้ (ปฏิกิริยานี้
จะกล่าวในหัวข้อถัดไป)


ภาพที่ 6.2 โครงสร้างและความแตกต่างของ vinyl halide, aryl halide, allylic halide และ
benzylic halide


ตัวอย่างที่ 6.1 | การระบุชนิดของสารอัลคิลเฮไลด์

โจทย ์ จงระบุว่าอัลคิลเฮไลด์ต่อไปนี้เป็นอัลคิลเฮไลด์ชนิดใด









วิธีคิด ให้พิจารณา C อะตอม ที่ติดกับฮาโลเจนอะตอมว่ามีหมู่แทนที่มาเกาะกี่หมู่ ถ้ามีหมู่แทน
ที่มาเกาะหนึ่งหมู่จะเรียกว่า 1° อัลคิเฮไลด์ ถ้ามีหมู่แทนที่มาเกาะสองหมู่จะเรียกว่า 2°
อัลคิเฮไลด์ และในกรณีที่มีหมู่แทนที่มาเกาะสามหมู่จะเรียกว่า 3° อัลคิลเฮไลด์ ดังนั้น

จะได้ว่า

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 247


ตัวอย่างที่ 6.1 | การระบุชนิดของสารอัลคิลเฮไลด์ (ต่อ)
ส่วนข้อ d. หากเขียนสูตรโครงสร้างให้ชัดเจนจะเห็นได้ว่าเป็นอัลคิลเฮไลด์ชนิด 2°
อัลคิลเฮไลด์

หมู่อัลคิล 2 หมู่

















6.2 สมบัติทางกายภาพของอัลคิลเฮไลด์

สารประกอบอัลคิลเฮไลด์เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีสภาพขั้วอ่อน ๆ อันเนื่องมาจากอะตอม
ของธาตุหมู่ VIIA ที่มีค่า EN ค่อนข้างสูง มาเกาะกับคาร์บอนอะตอม ทำให้แรงระหว่างโมเลกุลของ

พวกอัลคิลเฮไลด์เป็น แรงไดโพล-ไดโพล (dipole-dipole intermolecular force) ส่วนอื่น ๆ จะเป็น
พวกไฮโดรคาร์บอนซึ่งเป็นส่วนไม่มีขั้ว ดังแสดงในภาพที่ 6.3














ภาพที่ 6.3 สภาพขั้วและแรงระหว่างโมเลกุลของอัลคิลเฮไลด์


เนื่องด้วยการแสดงสภาพขั้วที่อะตอมของ X มี EN สูง ทำให้ C

อะตอมที่อยู่ข้างเคียงแสดงความเป็นบวก ดังนั้น สารอัลคิลเฮไลด์
จึงมักแสดงความเป็นอิเล็กโทรไฟล์ ที่ C อะตอมที่ติดกับ X หากมี
นิวคลีโอไฟล์มาเข้าทำปฏิกิริยาจะเข้าชนที่ C อะตอมนี้

248 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ั
6.2.1 จุดเดือด จุดหลอมเหลวของอลคิลเฮไลด์
เนื่องด้วยอัลคิลเฮไลด์จัดเป็นสารที่มีสภาพขั้วอ่อน ๆ แรงระหว่างโมเลกุลเป็นแรงได
ั
โพล-ไดโพล ดังนั้น หากเปรียบเทียบจุดเดือดจุดหลอมเหลวของสารอัลคิลเฮไลด์กับสารจำพวกอลเคน
ั
แล้วพบว่าอัลคิลเฮไลด์มักมีจุดเดือด จุดหลอมเหลวที่สูงกว่าอัลเคน เพราะแรงระหว่างโมเลกุลของอล-
่
เคนเป็นแรงลอนดอนซึ่งเป็นแรงที่ออนกว่าแรงไดโพล-ไดโพล ดังนั้น การให้ความร้อนเข้าไปในโมเลกุล
เพื่อทำลายแรงระหว่างโมเลกุลของอัลคิลเฮไลด์จึงใช้พลังงานมากกว่า ส่งผลให้จุดเดือดของอัลคิล-
เฮไลด์สูงกว่า ยกตัวอย่างเช่น กรณี ethane กับ ethyl bromide สารทั้งสองมีจำนวนคาร์บอน
อะตอมเท่ากัน แต่ ethyl bromide มีจุดเดือดที่สูงกว่า ดังแสดง








แต่หากเปรียบเทียบจุดเดือด จุดหลอมเหลว ของสารอัลคิลเฮไลด์ด้วยกัน จะพบว่ายิ่งจำนวนคาร์บอน
อะตอมในหมู่อัลคิล (R group) มากขึ้น จุดเดือด จุดหลอมเหลว ก็จะเพิ่มสูงขึ้นด้วย อันเป็นผลมาจาก

แรงลอนดอนที่เพิ่มมากขึ้น (ความแข็งแรงของแรงลอนดอนเพิ่มขึ้นเมื่อมวลโมเลกุลของสารเพิ่มสูงขึ้น)


มวลมากขึ้น แรงลอนดอนก็เพิ่มมากขึ้น
ทำให้ จุดเดือด จุดหลอมเหลวสูงขึ้น




ั
ในบางกรณีที่จำนวนคาร์บอนอะตอมของอัลคิลเฮไลด์เท่ากน แต่อะตอม X ต่างชนิดกัน สารที่มีมวล
โมเลกุลมากกว่าจะมีจุดเดือดจุดหลอมเหลวมากกว่า ดังแสดง









6.2.2 สภาพละลายได้ของอลคิลเฮไลด์
ั
อัลคิลเฮไลด์ส่วนใหญ่ไม่ละลายน้ำแต่มักละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์

ตัวอย่างที่ 6.2 | การทำนายจุดเดือดของอัลคิลเฮไลด์

โจทย ์ จงเรียงลำดับจุดเดือดของสารในแต่ละข้อต่อไปนี้ จากจุดเดือดต่ำไปสูง

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 249


ตัวอย่างที่ 6.2 | การทำนายจุดเดือดของอัลคิลเฮไลด์ (ต่อ)

วิธีคิด ในข้อ (a.) สารทั้งสามชนิด คือ อัลคิลเฮไลด์ ที่มีจำนวน C อะตอมเท่ากัน คือ 3 C
อะตอม แต่ชนิดของอะตอมในหมู่ฮาโลเจนแตกต่างกัน แสดงว่าสารทั้ง 3 เป็นโมเลกุลมี
ขั้วแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล มี แรงไดโพล-ไดโพล และแรงลอนดอน ดังนั้น หาก

โมเลกุลใดมีมวลโมเลกุลมากกว่า สารนั้นจะมีจุดเดือดสูงกว่า ลำดับจุดเดือดของสาร
เป็นดังแสดง



มวลโมเลกุล:


(b.) ในข้อนี้เป็นสารต่างชนิดกันแต่มีจำนวนคาร์บอนอะตอมเท่ากันทั้ง 3 ชนิด โดยหาก
พิจารณาสารตัวที่ 1 และ 2 จะพบว่าสารทั้งสองมีจำนวนคาร์บอนอะตอมเท่ากัน แต่

สารตัวที่ 1 เป็นอัลเคน ส่วนสารตัวที่ 2 เป็นอัลคิลเฮไลด์ โดยปกติอัลคิลเฮไลด์จะมีแรง
ยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรงที่สุดเป็น แรงไดโพล-ไดโพล ส่วนอัลเคนจะมีแรงยึด
เหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเป็นแรงลอนดอน ดังนั้น จุดเดือดของสารตัวที่ 2 จะสูงกว่าสาร
ตัวที่ 1





หากพิจารณาสารตัวสุดท้าย จะพบว่ามีหมู่ OH อยู่ในโมเลกุล ทำให้สามารถเกิดพันธะ
ไฮโดรเจนได้ ส่งผลให้จุดเดือดของสารตัวที่ 3 สูงที่สุด ดังนั้น ลำดับของจุดเดือดเป็นดัง

แสดง







6.3 ประโยชน์และบทบาทของอัลคิลเฮไลด์บางชนิด

โดยปกติมักใช้อัลคิลเฮไลด์เป็นตัวทำละลายอินทรีย์ เพราะเป็นสารอินทรีย์ที่สามารถทำ
ละลายสารได้หลายชนิดและไม่ติดไฟง่าย เช่น CHCl3 (คลอโรฟอร์ม) และ CCl4 ทั้งสองตัวนี้มักพบว่า
ใช้เป็นตัวทำละลายอินทรีย์ในปฏิกิริยาต่าง ๆ แต่มักมีความเป็นพิษต่อระบบทางเดินหายใจของ

ร่างกายและบางงานวิจัยพบว่าอัลคิลเฮไลด์เหล่านี้อาจเป็นตัวการสำคัญที่กอให้เกิดมะเร็งได้
่

สาร Chlorofluorocarbon (CFCs) มีสูตรโมเลกุลเป็น CFxCly ตัวอย่างสาร CFCs เช่น

1
CFCl3, CFC 1 ,Freon 11 (ชื่อทางการค้า) สารเหล่านี้เป็นสารทำความเย็นที่มักใช้ใน
เครื่องปรับอากาศและในตู้เย็นในสมัยอดีต โดยนักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่าสาร CFCs นี้เป็นตัวการ

250 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ื่
สำคัญในการทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศของโลก ปัจจุบันจึงเปลี่ยนมาใช้สารทำความเย็นตัวอน
แทน ตัวเลือกหนึ่งที่น่าสนใจนำมาแทนสาร CFCs คือ hydrochlorofluorocarbon 134a, หรือ
HCFC-134a (CH2FCF3) สารนี้มีความน่าสนใจคือ เป็นสารทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพ และไม่
ทำลายโอโซนในบรรยากาศ โดยสาร HCFC-134a นี้ จะเห็นว่ามีจำนวน H มากกว่าสาร CFC ทำให้

ิ
เกิดการออกซเดชันได้ง่ายก่อนที่จะระเหยเข้าสู่ชั้นบรรยากาศที่มีโอโซน ทำให้สารนี้ไม่ทำลายโอโซนใน
ชั้นบรรยากาศ

DDT หรือ ชื่อเต็ม DichloroDiphenylTrichloroethane เป็นสารเคมีกำจัดแมลงที่มี

ประสิทธิภาพสูง มีความนิยมใช้ในอดีตอันยาวนานทำให้ชื่อ DDT ติดปากจนกลายเป็นชื่อสามัญของ
สารฆ่าแมลงไม่ว่ายี่ห้อใดก็ตาม เราก็เรียกเป็น DDT ไปเสียหมด ในปี ค.ศ. 1948 ช่วงระยะเวลาก่อน
สงครามโลก มีการระบาดของโรคไข้มาลาเรียอย่างรุนแรงในหลายพื้นที่ DDT จึงเป็นคำตอบของการ
กำจัดยุงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการแพร่ระบาดลง อย่างไรก็ตามมีการค้นพบว่า DDT นอกจากจะ

กำจัดแมลงศัตรูพืชและยุงได้แล้วยังคุกคามต่อสัตว์ป่าทั่วไปโดยเฉพาะนก เป็นสารก่อมะเร็งในคนและ
มีผลต่อระบบสืบพันธุ์ด้วย DDT เข้าไปลด
การสร้างแคลเซียมของเปลือกไข่ทำให้

เปลือกไข่บางลงร้อยละ 10–12 เมื่อเทียบ
กับก่อนมีการใช้ DDT อันตรายของ DDT
เป็นเพราะมันเป็นสารที่ละลายได้ดีใน
ไขมัน ไม่ละลายน้ำ มันจึงถูกดูดซึมเข้าสู่
สิ่งมีชีวิตได้รวดเร็ว ดูดซับในดินได้ดี

สลายตัวได้ยาก จึงตกค้างและสะสมใน
สิ่งแวดล้อมได้นาน เมื่อความจริงปรากฏ
เช่นนี้จึงมีการยกเลิกการผลิตการใช้ตามมา



6.4 การเขียนปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์

(Writing equation for organic reaction)
ก่อนที่จะกล่าวถึงปฏิกิริยาเคมีในหัวข้อ 6.5 นั้น จะขออธิบายรูปแบบและลักษณะการเขียน
ปฏิกิริยาในเคมีอินทรีย์เสียก่อน เนื่องจากในบางกรณีการเขียนสมการเคมีในเคมอินทรีย์นั้นจะแตกต่าง
ี
จากสมการเคมีพื้นฐานทั่ว ๆ ไป โดยในการเขียนปฏิกิริยาเคมี ลูกศร (→) จะแทรกอยู่ระหว่างสารตั้ง
ต้นและสารผลิตภัณฑ์ โดยฝั่งสารตั้งต้นนั้น อาจเขียนตัวเข้าทำปฏิกิริยาในที่นี้จะเรียกว่า รีเอเจนต์
(reagent) ไว้ทางฝั่งซ้ายของปฏิกิริยาหรือบางครั้งก็เขียนไว้บนลูกศร
บางปฏิกิริยาอาจมีการเขียนแสดง อุณหภูมิ ความดัน หรือ ตัวทำละลาย ไว้ด้านบนหรือไม่ก็

ด้านล่างของลูกศรกได้ สัญลักษณ์ hν และ ∆ ใช้แสดงว่าปฏิกิริยานั้นต้องใช้แสงเป็นตัวกระตุ้น และใช้
็
ความร้อน ตามลำดับ พิจารณาดังแสดงในภาพที่ 6.4

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 251










รีเอเจนต์ Br2 สามารถอยู่ บรรทัดเดียว
กับสารตั้งต้น หรือ บนลูกศรก็ได้
CCl4 เป็นตัวทำละลาย
hν หมายถึง ปฏิกิริยานี้ใช้แสง
∆ หมายถึง ปฏิกิริยานี้ใช้ความร้อน



ภาพที่ 6.4 ทางเลือกในการเขียนปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์


ปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์บางปฏิกิริยามีการทำปฏิกิริยาเป็นลำดับ (sequential reactions) ยกตัวอย่าง
เช่น ต้องใช้ bromobenzene ทำปฏิกิริยากับโลหะ Mg ก่อน แล้วจึงค่อยทำปฏิกิริยากับน้ำ ถึงจะได้
benzene เป็นสารผลิตภัณฑ์ ดังแสดง












เพื่อความสะดวกในการเขียนแสดงปฏิกิริยาที่ทำต่อเนื่องสองขั้นตอน (two sequential reactions)

ในลักษณะนี้ มักนิยมเขียนเลขกำกับบนหรือล่างของลูกศรเพื่อบ่งบอกว่าสารใดทำปฏิกิริยาก่อนหลัง
ดังแสดง


ปฏิกิริยาแรก













ปฏิกิริยาที่สอง

252 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


6.5 ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์
(Nucleophilic Substitution Reactions)

ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์เป็นปฏิกิริยาที่หมู่ฮาโลเจนของอัลคิลเฮไลด์ถูกแทนที่
–
ด้วย นิวคลีโอไฟล์ที่มีอิเล็กตรอนมาก (electron-rich nucleophile: Nu: ) พันธะซิกมา C—X
ของอัลคิลเฮไลด์จะแตกพันธะออก พร้อมกับมีการสร้างพันธะซิกมาระหว่าง C—Nu ขึ้นมาใหม่







X ถูกแทนที่ด้วย Nu


ลักษณะทั่วไปของปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์ มีลักษณะดังนี้












3
[1] หมู่ R | คาร์บอนในหมู่ R จะต้องเป็น sp คาร์บอนเชื่อมพันธะกับ X
[2] หมู่ X | X จะเรียกว่าเป็น leaving group ในปฏิกิริยา ซึ่งจะต้องสามารถรับอเล็กตรอนที่
ิ
-
เกิดจากการแตกพันธะซิกมา C—X ได้ดี สารที่จะเป็น leaving group ที่ดี เช่น X, H2O และ N2
เป็นต้น (รายละเอียดพิจารณาหัวข้อ 6.5.1)

–
[3] :Nu | สปีชีส์ที่จะเป็นนิวคลีโอไฟล์จะต้องมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว พันธะไพน์ หรือ ประจุ-
ลบ อยู่ในโมเลกุล

นิวคลีโอไฟล์จะให้อิเล็กตรอนไปกับอิเล็กโทรไฟล์ (อิเล็กโทรไฟล์ คือ อัลคิลเฮไลด์) อิเล็กโทรไฟล์จะรับ

อิเล็กตรอนจากนิวคลีโอไฟล์ พันธะ C—X จะแตกออกแบบ heterolytic cleavage ซึ่งจะเขียนลูกศร
แสดงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนดังตัวอย่างปฏิกิริยาต่อไปนี้

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 253










ในตัวอย่างปฏิกิริยาที่ [1]-[3] จะเห็นว่านิวคลีโอไฟล์มีแต่ประจุลบ บางคนอาจสงสัยว่าทำไม

ั
ไม่มีประจุบวกเป็นคู่กบประลบ หรือประจุลบเหล่านี้สามารถอยู่เดี่ยว ๆ ได้ ในความเป็นจริงแล้วประจุ
ลบเหล่านี้จะมีประจุบวกคอยดุลประจุรวมไว้อยู่ แต่ในวิชาเคมีอินทรีย์นี้มักจะละการเขียนประจุบวกไว้
ในฐานที่เข้าใจ เพราะประจุบวกจะไม่ค่อยเกี่ยวข้องในการเกิดปฏิกิริยา
ตัวอย่างปฏิกิริยาที่แสดงด้านบนนี้เป็นปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์ของอัลคิลเฮไลด์

ทั้งหมด เมื่อพิจารณาจากปฏิกิริยาจะเห็นว่า ปฏิกิริยาสุทธิจะเสมือนนิวคลีโอไฟล์ต่าง ๆ เข้าไปแทนที่
ตัว leaving group หลักในการเขียนสารผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์มีเทคนิค
ดังนี้


How to… การเขียนสารผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาการแทนที่อัลคิลเฮไลด์ด้วยนิวคลีโอไฟล์

พิจารณาปฏิกิริยาที่แสดงด้านล่างประกอบ




3
[1] หาคาร์บอนอะตอมที่เป็น sp ไฮบริดออร์บิทัล และเชื่อมพันธะกับ leaving group
(C(sp )—X) ก่อน สารนั้นเป็นอิเล็กโทรไฟล์
3











[2] ระบุสปีชีส์ที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ โดยหาสปีชีส์ที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว หรือพันธะไพน์ใน
โมเลกุล

254 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


How to… การเขียนสารผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาการแทนที่อัลคิลเฮไลด์ด้วยนิวคลีโอไฟล์
[3] เขียนสารผลิตภัณฑ์ โดยเขียนสารตั้งต้นแล้วแทนที่ leaving group (X) ด้วยนิวคลีโอไฟล์

พร้อมทั้งเขียนลูกศรแสดงการเคลื่อนของอิเล็กตรอนในนิวคลีโอไฟล์ อาจมีการกำหนดประจุ
ฟอร์มอลที่อะตอม (ถ้าจำเป็น)
พันธะใหม่










ในกรณีที่นิวคลีโอไฟล์มีสภาพเป็นกลาง สามารถทำปฏิกิริยาแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์ได้ ใน
กรณีนี้ให้ยึดหลักการเดิม กล่าวคือ ให้เขียนลูกศรจากนิวคลีโอไฟล์ไปไล่ leaving group ออก แล้ว
นิวคลีโอไฟล์ที่เป็นกลางนั้นเชื่อมพันธะใหม่กับคาร์บอนอะตอม จากนั้นให้พิจารณากำหนดประจุ

ฟอร์มอลในปฏิกิริยา ยกตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่าง propyl bromide กับ NH3 สังเกตว่า NH3 มี
อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอยู่จึงสามารถแสดงความเป็นนิวคลีโอไฟล์ได้ NH3 จึงเข้าชนที่คาร์บอนอะตอม
ื่
แล้วไล่ Br ออกเป็น leaving group ไนโตรเจนอะตอมจะติดประจุบวก และเกิดการขจัด H ออกเพอ
ทำให้โมเลกุลเป็นกลาง (โมเลกุลที่ติดประจุจะไม่เสถียร หากมีทางเลือกที่สามารถทำให้ตัวมันเองเป็น
กลางเพื่อเพิ่มความเสถียรได้ โมเลกุลนั้นจะเกิดการขจัด H เกิดขึ้น) ดังแสดง
















หากหมู่ที่มาเกาะรอบ ๆ N อะตอมไม่ใช่ H อาจเป็นหมู่อัลคิลอื่น ๆ มาเกาะรอบ ๆ N อะตอม ในกรณี
นี้จะไม่เกิดการขจัดหมู่อัลคิลออก เพราะหมู่อัลคิลที่ติดประจุลบจะไม่เสถียร เกิดได้ยาก ปฏิกิริยาจึง
เป็นแบบปฏิกิริยากรดเบสของ Brønsted–Lowry แทน ดังแสดง












หมู่ CH3 ยังอยู่เหมือนเดิม ทั้ง 3 หมู่

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 255


ตัวอย่างที่ 6.3 | การทำนายผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์
โจทย จงระบุนิวคลีโอไฟล์ อิเล็กโทรไฟล์ เขียนลูกศรและทำนายสารผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาการ
์
แทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์












วิธีคิด โจทย์ที่แสดงในแต่ละข้อจะพยายามไม่แสดงอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของอะตอม ผู้ศึกษา

จะต้องรู้ว่าจุดใดควรมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว โดยสามารถกลับไปทบทวนเรื่องการเขียน
ี
ิ
ิ
โครงสร้างลิวอสของสารได้ โดยสารใดที่มอเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวหรือมีประจุลบจะสามารถ
แสดงความเป็นนิวคลีโอไฟล์ได้ และเราจะเขียนลูกศรจากนิวคลีโอไฟล์ไปหาอิเล็กโทรไฟล์
ดังแสดง

256 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


6.5.1 Leaving group
ในปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์จะพบว่าจะมีการสลายพันธะ C-X เกิดขึ้น หมู่
X มักจะหลุดออกไป หมู่ X นี้จะทำหน้าที่เป็น leaving group ดังนั้น leaving group เป็นหมู่ที่หลุด
ออกจากอัลคิลเฮไลด์ leaving group จะทำหน้าที่รับอิเล็กตรอนจากการสลายพันธะซิกมาของ

C(sp )—X (ตอนเขียนลูกศรจะสังเกตเห็นว่าอิเล็กตรอนจากพันธะวิ่งเข้าที่อะตอม X) นั่นแสดงว่า
3
leaving group ที่สามารถรับอิเล็กตรอนได้ดีจะเป็น leaving group ที่เสถียรมาก เนื่องจากเป็น
leaving group ที่ดี เมื่อหลุดออกไปแล้วมีความเสถียรสูงจึงทำให้ปฺฏิกิริยาเกิดได้ดี โดยทั่วไปแล้ว
leaving group ที่ดีจะมีความเป็นเบสอ่อน (weak base)







Leaving group ที่ดีคือ
จะมีความเป็นเบสอ่อน

-
ยกตัวอย่าง leaving group ที่ดี เช่น หากพิจารณาระหว่าง H2O กับ OH ตัว H2O จะเป็น leaving
-
group ที่ดีกว่าเพราะเป็นเบสที่อ่อนกว่า OH แต่หากเราพิจารณาความเป็นเบสตามแนวโน้มของ
ตารางธาตุ ถ้าธาตุในแถวเดียวกัน ความเป็นเบสลดลงจากซ้ายไปขวา (ค่า EN มาก อะตอมนั้นจะหวง
อิเล็กตรอนจึงให้อิเล็กตรอนได้ยาก) ดังนั้นหากเปรียบเทียบความเป็น leaving group ระหว่าง NH3
กับ H2O สาร H2O จะมีความเป็น leaving group ที่ดีกว่า เพราะเป็นเบสที่อ่อนกว่า


ความเป็นเบสเพิ่มขึ้น
H2O เป็น leaving group
ที่ดีกว่า NH3

ความสามารถการเป็น leaving group เพิ่มขึ้น

ดังที่ได้กล่าวเรื่องการทำนายความเป็นกรดและเบสของสารอินทรีย์มาแล้วในบทที่ 5 ถ้าเป็น
ธาตุในหมู่เดียวกันความเป็นเบสลดลงจากบนลงล่าง ดังนั้น ความเป็น leaving group ที่ดีจึงเพิ่มขึ้น
จากบนลงล่างของธาตุในหมู่เดียวกันในตารางธาตุ ดังตัวอย่างธาตุหมู่ 7A



ความเป็นเบสเพิ่มขึ้น
Leaving group
ที่ดีที่สุด

ความสามารถการเป็น leaving group เพิ่มขึ้น

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 257


-
- -
พวกธาตุในหมู่ฮาโลเจนยกเว้น fluoride จะเป็น leaving group ที่ดี เพราะ Cl, Br, I มีความเป็น
เบสอ่อน ๆ หรืออาจจะพิจารณาจากขนาดของไอออนเหล่านี้ก็ได้ เพราะของไอออนในหมู่ 7A
-
-
เรียงลำดับเป็น I > Br > Cl เมื่อหลุดออกมาเป็นไอออนลบ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่อยู่ใน
-
-
ไอออนเหล่านี้ จะอยู่อย่างสบายไม่แออัดยัดเยียดเพราะขนาดไอออนมีขนาดใหญ่ ในขณะที่ F จะมี
ขนาดไอออนเล็ก ดังนั้น เมื่ออะตอม Cl Br I นี้หลุดออกมาเป็น leaving group จึงเป็นไอออนที่เสถียร
-
กว่า F
ในตารางที่ 6.1 แสดงสารตั้งต้นที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาแทนที่ พร้อมแสดงหมู่ที่เป็น
leaving group ค่า pKa ของคู่กรดของ leaving group เพื่อสะดวกในการเปรียบเทียบความสามารถ

ในการเป็น leaving group ที่ดี ยิ่ง pKa ของคู่กรดมีค่าน้อย คู่เบสของมันยิ่งเป็น leaving group ที่ดี
ดังแสดงในตารางที่ 6.1 ส่วนในตารางที่ 6.2 แสดงสารตั้งต้น และ leaving group ที่แย่ต่อปฏิกิริยา
การแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์


ตารางที่ 6.1 leaving group ที่เหมาะสมในการเกิดปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์
สารตั้งต้น Leaving group คู่กรดของ leaving group pKa ของคู่กรด

Cl HCl –7
–

–
Br HBr –9
–
I HI –10
+
H2O H3O –1.7



โมเลกุลที่จะเกิด Leaving groups ที่ดี
ปฏิกิริยาการแทนที่
ด้วยนิวคลีโอไฟล์


ตารางที่ 6.2 leaving group ที่แย่ในการเกิดปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์

สารตั้งต้น Leaving group คู่กรดของ leaving group pKa ของคู่กรด
–
F HF 3.2

–
OH H2O 15.7
–
NH2 NH3 38

H H2 35
–

R RH 50
–


Leaving groups ที่แย่

258 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ตัวอย่างที่ 6.4 | การทำนายผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์
โจทย ์ พิจารณาสารในแต่ละคู่ต่อไปนี้ พร้อมระบุว่า สารใดเป็น leaving group ที่ดีกว่ากัน



วิธีคิด ความเป็น leaving group ที่ดี สารนั้นจะเป็นเบสที่อ่อน

a. หากเปรียบเทียบระหว่าง Cl กับ I ดังที่กว่าไปข้างต้น I เป็นเบสที่อ่อนกว่า Cl -
-
-
-
-
ดังนั้น I จึงเป็น leaving group ที่ดีกว่า

-
b. ในข้อนี้สารทั้งสองมีอะตอมกลางชนิดเดียวกัน คือ N อะตอม แต่ NH2 มีความเป็น
เบสที่แรงกว่า NH3 (สปีชีส์ที่ติดลบจะเป็นเบสแรงกว่า) ดังนั้น NH3 เป็น leaving
group ที่ดีกว่า


c. ในข้อ c. นี้ สารทั้งสองมีสูตรโครงสร้างคล้ายกัน แต่อะตอมกลางแตกต่างกัน โดย
หากพิจารณาจากแนวโน้มในตารางธาตุในหมู่เดียวกัน ความเป็นเบสลดลงจากบนลง
ล่าง ดังนั้น H2S เป็น leaving group ที่ดีกว่า



6.5.2 นิวคลีโอไฟล์
ได้กล่าวมาแล้วในบทที่ 5 เกี่ยวกับความหมายของนิวคลีโอไฟล์ ทั้งเบสและนิวคลีโอ

ไฟล์มีองค์ประกอบเหมือนกัน คือ มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวหรืออาจะมีพันธะไพน์ในโมเลกุล แต่ทั้งสอง
ทำหน้าที่ต่างกัน เบสจะทำหน้าที่จับโปรตอน ส่วนนิวคลีโอไฟล์จะทำหน้าที่ในการชนเข้าทำ
ปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไฟล์


นิวคลีโอไฟล์จะ
เข้าชนที่ C
เบสจะดึง
โปรตอน


6.5.2A ความเป็นเบสกับความเป็นนิวคลีโอไฟล์
(Nucleophilicity Versus Basicity)
ความเป็นเบสและความเป็นนิวคลีโอไฟล์แปรฝันตรงต่อกัน กล่าวคือ สารที่

มีความเป็นเบสมาก ก็จะเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีมากเช่นกัน เพียงแต่ทำหน้าที่ต่างกันในปฏิกิริยาเคมี โดย
ในบางกรณีผลของความเกะกะ (steric effect) อาจมีผลต่อความเป็นนิวคลีโอไฟล์หรือเบสได้เช่นกัน
ดังนั้นเราจะมาพิจารณาความสัมพันธ์ของความเป็นเบสและความเป็นนิวคลีโอไฟล์ดังกรณีต่อไปนี้

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 259


ี
[1] กรณีที่นิวคลีโอไฟล์สองตัวมอะตอมในนิวคลีโอไฟล์เป็นอะตอมชนิดเดียวกัน
-
ถ้านิวคลีโอไฟล์ใดแรงกว่าก็จะเป็นเบสที่แรงกว่า ยกตัวอย่างเช่น OH กับ
-
CH3COO ทั้งสองนิวคลีโอไฟล์มีออกซิเจนอะตอมที่ติดประจุลบ แต่จากค่า
-
-
-
pKa OH มีความเป็นเบสมากกว่า CH3COO แสดงว่า OH ก็จะมีความเป็นนิ
วคลีโอไฟล์มากกว่า

[2] อะตอมที่ติดประจุลบมักมีความเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่แรงกว่าคู่กรดของมัน
- OH เป็นเบสและนิวคลีโอไฟล์ที่แรงกว่า H2O (กล่าวสั้น ๆ คือ สารที่ติดประจุ

ลบจะแสดงความเป็นเบสหรือนิวคลีโอไฟล์ได้ดีกว่าสารที่เป็นกลาง

[3] ความเป็นนิวคลีโอไฟล์เพิ่มตามความเป็นเบส ตามแนวโน้มในตารางธาตุ
กรณีอยู่คาบเดียวกัน

ยกตัวอย่างธาตุในคาบที่สองของตารางธาตุ ที่มีความเป็นเบสเพิ่มขึ้นจากขวา
ไปซ้าย เพราะประจุลบอยู่บนอะตอมที่มีค่า EN สูงจึงเสถียร เมื่อ F เสถียรจึง
-
ไม่อยากให้อิเล็กตรอนจึงเป็นเบส/นิวคลีโอไฟล์ที่แย่ (ทบทวนบทที่ 5) ส่วน

ความเป็นนิวคลีโอไฟล์ก็เพิ่มขึ้นจากขวาไปซ้ายเช่นเดียวกัน ดังแสดง


ธาตุในคาบที่ 2 ที่
มีประจุเท่ากัน



ความเป็นเบสเพิ่มขึ้น
ความเป็นนิวคลีโอไฟล์เพิ่มขึ้น



ตัวอย่างที่ 6.5 | การทำนายความเป็นเบส/นิวคลีโอไฟล์

โจทย ์ พิจารณาสารในแต่ละคู่ต่อไปนี้ พร้อมระบุว่า สารใดเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีกว่ากัน



วิธีคิด a. หากเปรียบเทียบระหว่าง NH 3 กับ NH 2 ดังที่กล่าวไปข้างต้น สารที่ติดประจุลบจะ
-
แสดงความเป็นนิวคลีโอไฟล์ได้ดีกว่า ดังนั้น NH2 จึงเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีกว่า
-

b. ในข้อนี้สารทั้งสองมีอะตอมกลางคนละชนิดกัน แต่ติดประจุลบเหมือนกัน อะตอมใน
นิวคลีโอไฟล์ทั้งสองอยู่ในคาบเดียวกันของตารางธาตุ ดังนั้นความเป็นนิวคลีโอไฟล์

-
เพิ่มขึ้นจากขวาไปซ้ายของตารางธาตุ ดังนั้น CH3 จึงเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีกว่า

c. ในข้อ c. นี้ สารทั้งสองมีอะตอมที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอยู่ คือ ตำแหน่ง N ใน

CH3NH2 และตำแหน่ง O ใน CH3OH ดังแสดง

260 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ตัวอย่างที่ 6.5 | การทำนายความเป็นเบส/นิวคลีโอไฟล์ (ต่อ)





อะตอมในนิวคลีโอไฟล์ทั้งสองอยู่ในคาบเดียวกันของตารางธาตุ ความเป็นนิวคลีโอไฟล์
เพิ่มขึ้นจากขวาไปซ้ายของตารางธาตุ ดังนั้น CH3NH2 จึงเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีกว่า



ตารางที่ 6.3 นิวคลีโอไฟล์ที่มักพบในเคมีอินทรีย์
ี่
นิวคลีโอไฟล์ทติดประจุลบ นิวคลีโอไฟล์ที่เป็นกลาง
–
–
ออกซิเจน – OH, OR, CH3COO , H2O , ROH
ไนโตรเจน N3 NH3 , RNH2
–
คาร์บอน – CN, HC≡C
–
–
–
–
ฮาโลเจน Cl , Br , I
–
–
ซัลเฟอร์ HS , RS H2S, R-SH


6.5.2B ผลของความเกะกะ (steric effects) กับความเป็นนิวคลีโอไฟล์
จากที่กล่าวไปในหัวข้อก่อนหน้าความเป็นเบสและความเป็นนิวคลีโอไฟล์
แปรผันตรงต่อกัน แต่อย่างไรก็ตามหากนิวคลีโอไฟล์นั้น ๆ มีความเกะกะมากก็จะลดทอนความเป็น

นิวคลีโอไฟล์ลงได้
ี่
ความเกะกะ (steric hindrance) ของสารเป็นปัจจัยสำคัญทจะลดความเป็น
นิวคลีโอไฟล์ของสารลงไปได้แต่จะไม่ส่งผลต่อความเป็นเบส นิวคลีโอไฟล์ที่มีหมู่แทนที่ที่เป็นหมู่

ใหญ่หรือหมู่ที่มีความเกะกะสูงจะมีความเป็นนิวคลีโอไฟล์ (nucleophilicity) น้อยกว่านิวคลีโอไฟล์ที่
มีหมู่แทนที่ไม่มีความเกะกะ ยกตัวอย่างเช่น tert-butoxide กับ ethoxide จากค่า pKa ของ tert-
butoxide เป็นเบสที่แรงกว่า ethoxide ดังนั้น tert-butoxide ควรเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีกว่า
ethoxide เพราะความเป็นเบสแปรผันตรงกับความเป็นนิวคลีโอไฟล์ แต่เนื่องจาก tert-butoxide มี
หมู่ CH3 ถึงสามหมู่ล้อมรอบออกซิเจนอะตอมซึ่งทำให้มีความเกะกะสูงมาก เป็นเหตุให้เคลื่อนที่เข้าไป

ชนกับอิเล็กโทรไฟล์ได้ยาก ลองจินตนาการถึงคนที่ว่ายน้ำแล้วต้องถือสัมภาระมากมายติดตัวไปด้วยจะ
ทำให้ว่ายได้ยากลำบาก เหมือนกับนิวคลีโอไฟล์ที่ตัวใหญ่เกะกะจะเคลื่อนเข้าไปชนอิเล็กไทรไฟล์เพอ
ื่
เกิดปฏิกิริยาทำได้ยากมาก ดังนั้น tert-butoxide จึงเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่แย่กว่า ethoxide แต่เป็นเบส

ที่แรงกว่า ethoxide ดังแสดงในภาพที่ 6.5

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 261
















หมู่ CH3 สามหมู่เพิ่มความเกะกะ รอบออกซิเจนอะตอม
ทำให้ tert-butoxide เป็นนิวคลีโอไฟล์ที่แย่

ภาพที่ 6.5 โครงสร้างของ ethoxide และ tert-butoxide

ปรับปรุงจาก: Smith, J. (2010). Organic Chemistry: McGraw-Hill Education.


6.5.3 ผลของตัวทำละลายต่อความเป็นนิวคลีโอไฟล์ในปฏิกิริยาการแทนที่
ด้วยนิวคลีโอไฟล์

ในบางปฏิกิริยาตัวทำละลายอาจส่งผลต่อความเป็นนิวคลีโอไฟล์ของสารได้ เพราะ
ิ
ปฏิกิริยาในเคมีอินทรีย์ส่วนใหญ่มักใช้ตัวทำละลายอนทรีย์ โดยตัวทำละลายที่มักใช้ในปฏิกิริยาแทนที่
ของเคมีอินทรีย์แบ่งเป็น polar protic solvent และ polar aprotic solvent


6.5.3A polar protic solvent
polar protic solvent คือ ตัวทำละลายมีขั้ว ที่แรงระหว่างโมเลกุลของตัว
ทำละลายนั้นเป็น พันธะไฮโดรเจน ดังนั้น polar protic solvent ส่วนใหญ่มักจะมีพันธะ N–H, O–H

อยู่ในโมเลกุล ตัวอย่างของ polar protic solvent เช่น H2O (น้ำ), CH3OH (เมทานอล), CH3CH2OH
(เอทานอล), (CH3)3COH (tert-butanol) โดยปกติ polar protic solvent จะเกิดอันตรกิริยา
ล้อมรอบ (solvate) ได้ทั้งประจุบวกและประจุลบ ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้ NaBr เป็นนิวคลีโอไฟล์และใช้

น้ำเป็นตัวทำละลาย น้ำจะเกิดอันตรกิริยาล้อมรอบได้ทั้งประจุบวกและประจุลบ ดังแสดงในภาพที่ 6.6




















ภาพที่ 6.6 การที่น้ำเกิดอันตรกิริยาล้อมรอบประจุบวกและลบ

262 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


polar protic solvent จะส่งผลต่อความสามารถในการให้อิเล็กตรอนของ
นิวคลีโอไฟล์ได้ โดยจะส่งผลให้ความสามารถในการให้อิเล็กตรอนของอะตอมเพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง
ตามแนวโน้มตารางธาตุ ซึ่งจะตรงข้ามกับความเป็นเบสที่ลดลงจากบนลงล่าง ตัวอย่างเช่น หากใช้
–
–
นิวคลีโอไฟล์เป็นพวกเกลือของหมู่ 7A เช่น NaF, KBr เป็นต้น I จะเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีกว่า F ใน
polar protic solvent เพราะ Fจะเป็นอะตอมที่มีค่า EN สูง ซึ่งสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่าง

-
F กับตัวทำละลายได้ (พันธะไฮโดรเจนเป็นแรงระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรงมาก) ทำให้ตัวนิวคลีโอไฟล์ที่
–
แรงในสภาวะปกติอย่าง F กลายเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่แย่ลงเพราะถูกตัวทำละลายล็อคไว้ (solvate)
–
ไม่ให้ไปทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไฟล์ ในขณะที่ปกติ I จะเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่แย่ แต่ถ้าทำปฏิกิริยาใน
–
polar protic solvent อะตอม I เนื่องจากค่า EN ต่ำ จึงไม่เกิดพันธะไฮโดรเจนทำให้ I ไม่ถูกตัวทำ
–
ละลายล็อคไว้ I จึงเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีใน polar protic solvent ดังนั้นความสามารถในการให้
อิเล็กตรอนของอะตอมเพิ่มขึ้นจากบนลงล่างตามแนวโน้มตารางธาตุ


ในหมู่เดียวกัน
จากบนลงล่าง
ในตารางธาตุ
ความเป็นนิวคลีโอไฟล์เพิ่มขึ้น

ใน polar protic solvents

6.5.3B polar aprotic solvent
polar aprotic solvent คือ ตัวทำละลายมีขั้ว ที่แรงระหว่างโมเลกุลของ
ตัวทำละลายนั้นเป็นเพียงแรงไดโพล-ไดโพล นั่นคือ ตัวทำละลายที่ไม่มีพันธะ N–H, O–H อยู่ใน
โมเลกุล ตัวอย่างของ polar aprotic solvent ดังแสดง






















โดยปกติ polar aprotic solvent จะเกิดอันตรกิริยาล้อมรอบได้แค่ประจุบวก ดังนั้นหากใช้พวก

polar aprotic solvent ในปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์ polar aprotic solvent จะไม่ส่งผล
ต่อความสามารถในการให้อิเล็กตรอนของนิวคลีโอไฟล์ แต่จะทำหน้าที่เพียงล็อคประจุบวกไว้ ทำให้
ประจุลบแสดงความเป็นนิวคลีโอไฟล์ออกมาให้ได้มากที่สุด ดังนั้นภายใต้ตัวทำละลาย polar aprotic

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 263


solvent นั้น ความสามารถในการให้อิเล็กตรอนของนิวคลีโอไฟล์ลดลงจากบนลงล่างตามแนวโน้มของ
ตารางธาตุ ซึ่งเป็นแนวโน้มปกติตามที่กล่าวไว้ในบทที่ 5


ในหมู่เดียวกัน
จากบนลงล่าง
ในตารางธาตุ
ความเป็นนิวคลีโอไฟล์เพิ่มขึ้น
ใน polar aprotic solvents


ตัวอย่างที่ 6.6 | การทำนายความแรงของนิวคลีโอไฟล์ในตัวทำละลายต่างชนิดกัน
โจทย ์ พิจารณาสารในแต่ละคู่ต่อไปนี้ พร้อมระบุว่า สารใดเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีกว่ากัน


–
–
a. Br หรือ Cl ในpolar protic solvent
–
–
b. OH หรือ Cl ในpolar aprotic solvent
–
–
c. HS หรือ F ในpolar protic solvent

วิธีคิด a. หากทำปฏิกิริยาภายใต้ polar protic solvent ความสามารถในการให้อิเล็กตรอน
-
ของนิวคลีโอไฟล์เพิ่มขึ้นจากบนลงล่างตามแนวโน้มตารางธาตุ ดังนั้น Br จึงเป็นนิวคลี-
โอไฟล์ที่ดีกว่าภายใต้ตัวทำละลาย polar protic solvent

b. หากทำปฏิกิริยาภายใต้ polar aprotic solvent ตัวทำละลายจะ solvate เฉพาะ
ประจุบวก ดังนั้นเราสามารถทำนาย

ความสามารถในการให้อิเล็กตรอน
ของนิวคลีโอไฟล์ได้ตามปกติ โดย
ปกติความเป็นนิวคลีโอไฟล์ลดลงจาก
ซ้ายไปขวา (คาบเดียวกัน) และลดลง

จากบนลงล่าง (หมู่เดียวกัน)

–
–
ดังนั้น OH จะเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีกว่า Cl

–
c. หากทำปฏิกิริยาภายใต้ polar protic solvent นิวคลีโอไฟล์ SH จะเป็นนิวคลีโอ
–
–
ไฟล์ที่ดีกว่า F เพราะภายใต้สภาวะของตัวทำละลาย polar protic ตัว F ที่มีค่า EN
–
สูงมากจะเกิดพันธะไฮโดรเจนกับตัวทำละลายได้ ทำให้ F ถูกล็อคไว้ ความเป็นนิวคลี-
–
โอไฟล์ของ F จึงลดลง

264 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


6.6 กลไกการเกิดปฏิกิริยาการแทนที่ของนิวคลีโอไฟล์
(Mechanisms for Nucleophilic Substitution)
ในหัวข้อก่อนหน้านี้ได้กล่าวเกี่ยวกับปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์ไปคร่าว ๆ โดย

เกี่ยวกับการสลายตัวของพันธะซิกมา C—X ของอัลคิลเฮไลด์ และมีการสร้างพันธะซิกมาระหว่าง
ั
C—Nu ขึ้นมาใหม่ แต่เราจะทราบได้อย่างไรว่าอะไรเกิดขึ้นก่อนกัน ระหว่างการสลายตัวของพนธะซิก
มา C—X หรือการสร้างพันธะซิกมาระหว่าง C—Nu สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นพร้อมกันหรือไม่ หรือเกิดทีละ

ขั้นตอน ในหัวข้อนี้จะกล่าวถึงกลไกการเกิดปฏิกิริยาของปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์ว่ามีกี่
ประเภทและแต่ละประเภทแตกต่างกันอย่างไร โดยกลไกในการเกิดปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอ-
ไฟล์มีกลไกที่เป็นไปได้สองกลไก คือ
1) SN2 mechanism (bimolecular nucleophilic substitution)

2) SN1 mechanism (unimolecular nucleophilic substitution)

6.6.1 กลไกแบบ SN2

(SN2 mechanism)
SN2 ย่อมาจาก bimolecular nucleophilic substitution ในการศึกษาอตราเร็วของ
ั
ปฏิกิริยาระหว่าง iodomethane กับ NaOH พบว่าอัตราเร็วของปฏิกิริยาขึ้นกับความเข้มข้นของสาร
ตั้งต้นทั้งสอง จากความรู้ในเรื่องจลนพลศาสตร์ การที่อัตราเร็วของปฏิกิริยาขึ้นกับความเข้มข้นของ
สารตั้งต้นทั้งสอง จะหมายความว่าปฏิกิริยานี้เป็น ปฏิกิริยาอันดับ 2 (second order)

SN2 rate = k[RX][Nu: ]
–
นั่นหมายความว่ากลไกของปฏิกิริยานี้การสลายพันธะซิกมา C-X และการสร้างพันธะใหม่ Nu-OH
–
เกิดขนพร้อมกัน ในการอธิบายกลไกแบบ SN2 จะใช้ปฏิกิริยาระหว่าง CH3I และ OH เป็นตัวอย่างใน
ึ้
การอธิบายกลไกนี้














กลไกแบบ SN2 นี้ จะเกิดแบบ concerted mechanism กล่าวคือ เมื่อนิวคลีโอไฟล์
-
(OH) เข้าชนกับอิเล็กโทรไฟล์ (CH3I) แล้ว จะเกิดการสลายพันธะและสร้าง เลข 1 และ 2 ใน SN1
พันธะขึ้นพร้อมกัน ดังนั้นอัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยาผ่านกลไกแบบ SN2 นี้ และ SN2 แสดงอันดับ
–
จะขึ้นกับความเข้มข้นของนิวคลีโอไฟล์ [Nu: ] และ ความเข้มข้นของอิเล็ก ปฏิกิริยา
โทรไฟล์ [RX] อัตราเร็วของกลไกแบบ SN2 จึงเป็นปฏิกิริยาอับดับสองดัง
แสดง

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 265


SN2 rate = k[CH3I][OH ]
–
เมื่อ k เป็นค่าคงที่
[CH3I] แทนความเข้มข้นของ iodomethane ในหน่วย mol/dm 3
-
-
[OH] แทนความเข้มข้นของ OH ในหน่วย mol/dm 3

-
ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH) เป็นนิวคลีโอไฟล์ที่แรงจะเข้าชนกับ CH3I ซึ่งเป็นอิเล็กโทร
-
-
ไฟล์ OH จะเข้าชนคาร์บอนอะตอมของ CH3I ในทิศทางตรงกันข้ามกับ leaving group (I) พร้อมกับ
สร้างพันธะซิกมากับคาร์บอนอะตอมเป็นพันธะ HO–C คาร์บอนอะตอมจะมีอิเล็กตรอนล้อมรอบเกิน
แปดอิเล็กตรอน (คาร์บอนอะตอมมี 5 พันธะ) ซึ่งขัดกับกฎออกเตต พันธะ C–I จึงแตกตัวออกไล่
ไอโอดีนออกไปพร้อมกับอิเล็กตรอนหนึ่งคู่กลายเป็น I ตอนที่มีการสร้างพันธะและสลายพันธะทุก
-
อย่างเกิดขึ้นพร้อมกัน สภาวะทรานซิชัน (transition state) ของปฏิกิริยาแสดงในวงเล็บใหญ่ จนใน
ที่สุดจะเกิดเป็นสารผลิตภัณฑ์ ดังแสดงใน ภาพที่ 6.7


Mechanism | กลไกการเกิดปฏิกิริยาแทนที่แบบ SN2













ภาพที่ 6.7 กลไกการเกิดปฏิกิริยาแทนที่แบบ SN2


แผนภาพพลังงานของปฏิกิริยาระหว่าง OH กับ CH3I แสดงในภาพที่ 6.8 ปฏิกิริยาเกิดขึ้นขั้นตอน
-
เดียวจึงมีพลังงานกีดขวาง (energy barrier) หนึ่งลูกระหว่างสารตั้งต้นกับผลิตภัณฑ์ ในแผนภาพ
พลังงานปฏิกิริยานี้จะเห็นว่าพลังงานของสารตั้งต้นจะสูงกว่าผลิตภัณฑ์เล็กน้อยแสดงให้เห็นว่า

ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน (exothermic reaction) จุดที่มีพลังงานสูงที่สุดนั้นจะเรียกว่า
สภาวะทรานซิชัน (transition state) ในจุดนี้จะเป็นจุดที่คาร์บอนอะตอมมี 5 แขน อันเนื่องจากนิว-
คลีโอไฟล์เข้ามาสร้างพันธะในขณะที่ leaving group ยังอยู่ เมื่อ leaving group หลุดออกไปจะเกิด

เป็นสารผลิตภัณฑ์ที่มีพลังงานต่ำลง

266 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)

























การดำเนินไปของปฏิกิริยา

-
ภาพที่ 6.8 แผนภาพพลังงานของปฏิกิริยาระหว่าง OH กับ CH3I

ตัวอย่างปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์ที่เกิดผ่านกลไกแบบ SN2 แสดงได้ต่อไปนี้






















กลไกแบบ SN2 จะมีการกลับคอนฟิกุเรชัน (configuration) ในกรณีที่นิวคลีโอไฟล์เข้าชนกับ
ไครัลคาร์บอน เช่น เดิมก่อนทำปฏิกิริยาเป็น S คอนฟิกุเรชัน หลังเกิดปฏิกิริยาเสร็จอาจกลายเป็น R
คอนฟิกุเรชัน เป็นต้น แต่ถ้าหากนิวคลีโอไฟล์เข้าชนกับคาร์บอนธรรมดาก็ไม่ต้องระวังเรื่องการกลับ
คอนฟิกุเรชัน ตัวอย่างดังแสดง

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 267







Nu ชนไครัล
คาร์บอน







Nu ชนคาร์บอน
ธรรมดา


ตัวอย่างของปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์ แล้วมีการกลับคอนฟิกุเรชัน แสดงในปฏิกิริยาที่ [1]
และ [2]










จุดที่มีการกลับคอนฟิกุเรชัน











จุดที่มีการกลับคอนฟิกุเรชัน



ตัวอย่างที่ 6.7 | การเขียนสารผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา SN2 กรณีมสเตอริโอเคม ี
ี
โจทย ์ จงเขียนสารผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา SN2




-
-
-
วิธีคิด ในปฏิกิริยานี้จะพบว่า CN เป็นนิวคลีโอไฟล์ และ Br จะเป็น leaving group CN จะ

เข้ามาชนด้านหลังของ Br ทำให้เกิดการกลับคอนฟิกุเรชัน ได้ผลิตภัณฑ์ดังแสดง

268 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ี
ี
ตัวอย่างที่ 6.7 | การเขียนสารผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา SN2 กรณีมสเตอริโอเคม (ต่อ)



หมู่ CH3 จะชี้ขึ้นเหมือนเดิม












จุดที่มีการกลับคอนฟิกุเรชัน




จากอัตราการเกิดปฏิกิริยาแบบ SN2 ขึ้นอยู่กับทั้งอัลคิลเฮไลด์และนิวคลีโอไฟล์ ซึ่งถ้า
ใช้นิวคลีโอไฟล์ที่แรงก็จะเกิดปฏิกิริยาได้ดี (ทบทวนความแรงของนิวคลีโอไฟล์ได้จากบทที่ 5) จึงเกิด

คำถามขึ้นว่าแล้วอัลคิลเฮไลด์จะส่งผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาหรือไม่ จากการศึกษาพบว่าเมื่อ
ใช้อัลคิลเฮไลด์ต่างชนิดกัน (1°, 2°, หรือ 3° อัลคิลเฮไลด์) ก็จะส่งผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยา กล่าวคือ
เมื่อหมู่แทนที่ R ที่อยู่รอบคาร์บอนอะตอมที่ติดกับ leaving group มีจำนวนเพิ่มขึ้นก็จะทำให้
อัตราเร็วของปฏิกิริยาที่เกิดผ่านกลไกแบบ SN2 นี้ช้าลง อัตราเร็วของอัลคิลเฮไลด์ต่างชนิดกันใน

ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอไฟล์แบบ SN2 แสดงได้ดังนี้






อัตราเร็วของปฏิกิริยา SN2 เพิ่มขึ้น


สาเหตุที่ methyl และ 1° อัลคิลเฮไลด์เกิดปฏิกิริยาผ่าน SN2 ได้รวดเร็วเพราะคาร์บอนตำแหน่งที่
นิวคลีโอไฟล์จะเช้าชนนั้นไม่มีความเกะกะ นิวคลีโอไฟล์จะเข้าทำปฏิกิริยาได้ง่ายและสะดวกเพราะไม่มี

หมู่แทนที่ใหญ่ ๆ มาบดบัง (ภาพที่ 6.9, ซ้ายมือ) ส่วน 2° อัลคิลเฮไลด์จะเกิดปฏิกิริยาค่อนข้างช้า
เพราะมีหมู่แทนที่มาบดบังการเข้าทำปฏิกิริยาของนิวคลีโอไฟล์ (ภาพที่ 6.9, กลาง) ส่วนกรณีที่ใช้สาร
ตั้งต้นเป็น 3° อัลคิลเฮไลด์ จะไม่เกิดผ่านกลไกแบบ SN2 เพราะนิวคลีโอไฟล์จะต้องเข้ามาในทิศตรง
ข้ามกับ leaving group จะเห็นว่ามีหมู่ CH3 ถึงสามหมู่บดบังการเข้าทำปฏิกิริยาของนิวคลีโอไฟล์
ปฏิกิริยาจึงไม่เกิดผ่านกลไกแบบ SN2 ในกรณีที่ใช้สารตั้งต้นเป็น 3° อัลคิลเฮไลด์ ดังแสดงในภาพที่

6.9

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 269




























Nu ชนได้ง่าย Nu ชนได้ง่ายปานกลาง Nu ชนได้ยาก


ภาพที่ 6.9 การเข้าชนของนิวคลีโอไฟล์ต่ออัลคิลเฮไลด์ชนิดต่าง ๆ


❑ ปฏิกิริยาแทนที่แบบ SN2 นิวคลีโอไฟล์เข้ามาชนฝั่งตรงข้ามกับ leaving group
❑ เมื่อจำนวนหมู่ R รอบ ๆ คาร์บอนอะตอมที่ติดกับ leaving group เพิ่มมากขึ้น เสมือน
เป็นการเพิ่มความเกะกะ ทำให้นิวคลีโอไฟล์เข้าชนได้ยาก ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาแบบ SN2

ได้ยาก
❑ อัตราเร็วของปฏิกิริยาแบบ SN2 จะเร็วมากขึ้นเมื่อใช้อัลคิลเฮไลด์ที่ไม่เกะกะ


ตัวอย่างที่ 6.8 | อัลคิลเฮไลด์ต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยา SN2
โจทย ์ จงทำนายสารในแต่ละคู่ว่า สารใดเกิดปฏิกิริยาแทนที่แบบ SN2 ได้รวดเร็วกว่ากัน










วิธีคิด เราสามารถพิจารณาว่า อัลคิลเฮไลด์ชนิดใดจะเกิดปฏิกิริยาแทนที่แบบ SN2 ได้เร็วกว่า
กัน โดยพิจารณาจาก จำนวนหมู่ R รอบ ๆ คาร์บอนอะตอมที่ติดกับ leaving group

ดังนั้น ลำดับอัตราเร็วของอัลคิลเฮไลด์เป็นดังแสดง
o
o
o
CH3-X > 1 อัลคิลเฮไลด์ > 2 อัลคิลเฮไลด์ > 3 อัลคิลเฮไลด์

270 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


ตัวอย่างที่ 6.8 | อัลคิลเฮไลด์ต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยา SN2 (ต่อ)
a) สารทั้งสองเป็น 1 อัลคิลเฮไลด์ เหมือนกัน แต่สารตัวแรกเกะกะมากกว่า
o
ดังนั้น สารตัวที่ 2 จะเกิดปฏิกิริยาได้เร็วกว่า











o
o
b) สารตัวแรกเป็น 2 อัลคิลเฮไลด์ ส่วนสารตัวที่ 2 เป็น 1 อัลคิลเฮไลด์ ดังนั้น
สารตัวที่ 2 จะเกิดปฏิกิริยาได้เร็วกว่า













c) สารตัวแรกเป็น 2 อัลคิลเฮไลด์ ส่วนสารตัวที่ 2 เป็น 3 อัลคิลเฮไลด์ ซึ่ง 3
o
o
o
อัลคิลเฮไลด์มักไม่เกิดผ่าน SN2 ดังนั้นสารตัวที่ 1 จะเกิดปฏิกิริยาได้เร็วกว่า













ตารางที่ 6.4 สรุปลักษณะของกลไกแบบ S N2

อัตราเร็วของปฏิกิริยา: ปฏิกิริยาอันดับ 2, Rate = k[RX][Nu]

จำนวนขั้นตอนในกลไก: เกิดขั้นตอนเดียว
สเตอริโอเคม: มีการกลับคอนฟิกุเรชันที่ไครัลเซ็นเตอร์
ี
อัลคิลเฮไลด์ที่ใช้: ไม่เกะกะจะเกิดได้เร็ว
Rate: CH3X > RCH2X > R2CHX > R3CX

อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) 271


6.6.2 กลไกแบบ SN1
(SN1 mechanism)
ปฏิกิริยาแทนที่ที่เกิดผ่านกลไกแบบ SN1 คือ ปฏิกิริยาการแทนที่ที่เกิดผ่านกลไก 2
ขั้นตอนย่อยขั้นที่ 1 เป็นการสลายพันธะ C–X เกิดเป็นคาร์โบแคทไอออน (carbocation) และ

leaving group ส่วนขั้นที่ 2 นิวคลีโอไฟล์เข้ามาสร้างพันธะกับ คาร์โบแคทไอออน สร้างพันธะใหม่
C–Nu โดย SN1 ย่อมาจาก unimolecular nucleophilic substitution

ในการอธิบายกลไกการเกิดปฏิกิริยาแบบ SN1 ในรายละเอียดที่มากขึ้น เราจะใช้
–
ปฏิกิริยาระหว่าง (CH3)3CBr กับ CH3COO เป็นปฏิกิริยาตัวอย่าง ในปฏิกิริยานี้ (CH3)3CBr ทำหน้าที่
เป็นอิเล็กโทรไฟล์ ส่วน CH3COO จะทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ ดังแสดง
–












กลไกการเกิดปฏิกิริยาแบบ SN1 นี้จะเกิดเป็นขั้นตอนทีละขั้น โดยจะเกี่ยวกับการสลายพนธะก่อนแล้ว
ั
ึ้
ค่อยมีการสร้างพันธะใหม่ขนทีละขั้น โดยทั่วไปปฏิกิริยาแบบ SN1 มี 2 ขั้นตอน โดยขั้นแรก พนธะซิก-
ั
มาระหว่าง C–Br ของ (CH3)3CBr จะแตกออกก่อน เขียนลูกศรจากพันธะ C–Br ขึ้นไปที่ Br อะตอม
–
(ดูภาพที่ 6.10 ประกอบ) เพราะ Br มีค่า EN สูงกว่าคาร์บอนจะเกิดเป็น Br และ 3° คาร์โบแคท
ไอออน ขั้นนี้จะเกิดได้ช้ามากเพราะเกี่ยวข้องกับการแตกพันธะ ขั้นนี้มักเป็นขั้นกำหนดอัตราเร็วของ
–
ปฏิกิริยา (rate-determining step) ขั้นถัดมา CH3COO (นิวคลีโอไฟล์) จะเข้าชนที่คาร์โบแคท
ไอออนสร้างพันธะซิกมาขึ้นมาใหม่เป็นพันธะ C–O ขั้นที่สองนี้จะคล้ายปฏิกิริยากรดเบสของลิวอส ขั้น
ิ
นี้จะเกิดขึ้นเร็วกว่าขั้นแรก เพราะไม่มีการสลายพันธะ แต่มีการสร้างพันธะขึ้นใหม่ (คายพลังงาน)
รายละเอียดดังแสดงในภาพที่ 6.10

จากกลไกการเกิดปฏิกิริยาแบบ SN1 ขั้นที่อัลคิลเฮไลด์มีการสลายพันธะจะเกิดช้าสุดจึง
เป็นขั้นกำหนดอัตรา อัตราเร็วของปฏิกิริยาจึงขึ้นกับอัลคิลเฮไลด์ สอดคล้องกับผลการทดลองโดยหาก
เพิ่มความเข้มข้นของอัลคิลเฮไลด์เป็นสองเท่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น แต่หากลองเพมความ
ิ่
เข้มข้นของนิวคลีโอไฟล์จะไม่มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยา ดังนั้น กฎอัตราของปฏิกิริยาแบบ SN1 จึง
ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพียงตัวเดียว คือ สารอัลคิลเฮไลด์ [RX] กฎอัตราของปฏิกิริยา
แบบ SN1 นั้นจึงเป็นปฏิกิริยาอันดับหนึ่งและสามารถแสดงได้ดังนี้
SN1 Rate = k[RX]

หรืออาจเขียนตามปฏิกิริยาด้านบนได้เป็น

SN1 Rate = k[(CH3)3CBr]

272 เคมีอินทรีย์ (Org. Chem.)


Mechanism | กลไกการเกิดปฏิกิริยาแทนที่ของ acetate ผ่าน SN1
Step [1] การแตกพันธะของ C–Br










Step [2] การสร้างพันธะ C–O ขึ้นมาใหม่










ภาพที่ 6.10 กลไกการเกิดปฏิกิริยาแทนที่ของ acetate ผ่าน SN1


ลักษณะสำคัญของกลไกแบบ SN1 คือ
❑ กลไกการเกิดปฏิกิริยามี 2 ขั้นตอน (แตกพันธะของสารตั้งต้น ตามด้วย สร้างพันธะใหม ่
ระหว่าง C อะตอม กับ นิวคลีโอไฟล์)

❑ เกิดคาร์โบแคทไอออน เป็นสารตัวกลางในปฏิกิริยา

ตัวอย่างที่ 6.9 | อัตราเร็วของปฏิกิริยา SN1

โจทย ์ จงทำนายอัตราเร็วของปฏิกิริยาแบบ SN1 ในกรณีต่อไปนี้
(a) [RX] เพิ่มขึ้น 2 เท่า แต่ [Nu] เท่าเดิม
(b) ทั้ง [RX] และ [Nu] เพิ่มขึ้น 3 เท่า


วิธีคิด เนื่องด้วยอัตราเร็วของปฏิกิริยาแทนที่ที่เกิดผ่านกลไกแบบ SN1 เป็นปฏิกิริยาอันดับ 1
ั
คือ SN1 Rate = k[RX] นั่นแสดงว่าอัตราเร็วของปฏิกิริยาขึ้นกับความเข้มข้นของอลคิล
เฮไลด์เพียงอย่างเดียว ไม่ขึ้นกับ [Nu] ดังนั้น


(a) [RX] เพิ่มขึ้น 2 เท่า แต่ [Nu] เท่าเดิม อัตราเร็วของปฏิกิริยาแทนที่ที่เกิดผ่าน
กลไกแบบ SN1 เพิ่มขึ้น 2 เท่า


(b) ทั้ง [RX] และ [Nu] เพิ่มขึ้น 3 เท่า อัตราเร็วของปฏิกิริยาแทนที่ที่เกิดผ่านกลไก
แบบ SN1 เพิ่มขึ้น 3 เท่า