Nucleofiele substitutie is een klasse van chemische reacties die we tegenkomen in de organische chemie, inclusief die welke worden gebruikt voor de vervaardiging van gewone petrochemische en farmaceutische producten. Het onderliggende mechanisme werd 82 jaar geleden ontdekt door de Britse chemici Edward Hughes en Christopher Ingold, die aantoonde dat een elektronenrijke chemische soort, een nucleofiel genoemd, "aanvallen" en vervangt een elektronenarm fragment van een organisch molecuul, een vertrekkende groep genoemd.

Een van de belangrijkste soorten nucleofiele substitutiereacties, genaamd S _N 2, houdt in dat de nucleofiele aanval en de vertrekkende groep tegelijkertijd vertrekken. Hughes en Ingold maakten eerst de observatie, vervolgens bevestigd door generaties chemici, dat S _N 2 reacties leken allemaal op te treden via "backside attack, " waarbij de nucleofiel zich bij het organische molecuul voegt op een locatie tegenover de vertrekkende groep.

hoewel S _N 2 reacties werden verondersteld te worden begrepen, een nieuwe variant is gevonden door een groep wetenschappers in Singapore. In een aankomend artikel dat in het tijdschrift zal worden gepubliceerd Wetenschap , een onderzoeksgroep onder leiding van professor Choon-Hong Tan van de Nanyang Technological University (NTU) meldt dat SN2-reacties ook kunnen optreden via "frontside attack, " waarbij de nucleofiel het molecuul aan dezelfde kant als de vertrekkende groep nadert.

Een van de belangrijkste kenmerken van een standaard S _N 2 reactie is dat de nucleofiel, bij een poging tot een achterwaartse aanval, wordt geblokkeerd door andere delen van het molecuul. Dit fenomeen, genaamd "sterische hindering, " legt strikte limieten op aan hoe snel S _N Er kunnen 2 reacties optreden. Daarentegen, de nieuw ontdekte reactie, die de onderzoekers S . noemen _N 2X, vindt plaats via frontside attack en is niet vatbaar voor sterische hinder.

De ontdekking van de S _N 2X-reactie bracht een aanzienlijke hoeveelheid chemisch speurwerk met zich mee. "We moesten ons experiment ontwerpen om de mogelijkheden van verschillende andere soorten reacties uit te sluiten, evenals zorgvuldig controleren of de bijproducten van de reactie consistent waren met onze interpretatie, " merkte Xin Zhang op, een NTU-afgestudeerde student die de eerste auteur op het papier was.

De afwezigheid van sterische hindering in S _N 2X betekent dat bepaalde reacties in de organische chemie efficiënter kunnen worden uitgevoerd dan eerder werd aangenomen. "In de krant, we demonstreerden de S _N 2X reactie in een speciaal gekozen reeks reacties - enantioselectieve reacties van sterisch gehinderde tertiaire halogeniden, " legde professor Tan uit. "Maar nu dat ene voorbeeld is gevonden, het lijkt zeer waarschijnlijk dat anderen zullen volgen. De herziening van zo'n fundamenteel onderdeel van de organische chemie betekent dat veel reacties, waarvan chemici dachten dat we het begrepen, moet nu wellicht opnieuw worden onderzocht. Dit kan verstrekkende gevolgen hebben voor het hele veld."