Electrophilic addition ของอัลคีน (๒) MO Memoir : Saturday 19 September 2558

ตำแหน่งพันธะคู่ระหว่างอะตอมคาร์บอน (พันธะ C=C) นั้นเป็นบริเวณที่มีอิเล็กตรอนอยู่หนาแน่น การเกิดปฏิกิริยาตรงตำแหน่งนี้จึงเริ่มจากสารที่ขาดอิเล็กตรอนหรือมีความเป็นขั้วบวก (ที่เรียกว่า electrophile ที่แปลว่าชอบอิเล็กตรอน) เข้ามาดึง pi อิเล็กตรอนและสร้างพันธะกับอะตอม C อะตอมหนึ่งของพันธะ C=C ส่วนจะสร้างกับอะตอม C ตัวไหนก็ขึ้นอยู่กับว่าสารมัธยันต์ (intermediate) ที่อาจเป็น free radical หรือ carbocation ที่เกิดขึ้นนั้นตัวไหนมีเสถียรภาพมากกว่ากัน จากนั้นสารมัธยันต์ที่เกิดขึ้นจึงทำปฏิกิริยาต่อไปเป็นผลิตภัณฑ์ ปฏิกิริยานี้เรียกว่า Electrophilic addtion (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๔๗ วันจันทร์ที่ ๑๐ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๗ เรื่อง "Electrophilicaddition ของอัลคีน")
  

electrophile ที่นิยมยกมาเป็นตัวอย่างในตำราเรียนเห็นจะได้แก่พวกไฮโดรฮาโลเจน (hydro halogen หรือ HX) และโมเลกุลที่มีขั้ว (เช่นน้ำ H₂O) โดยในกรณีต่าง ๆ เหล่านี้จะเริ่มจากการที่โปรตอน (H⁺) เข้าทำปฏิกิริยากับพันธะ C=C ก่อนเกิดเป็น carbocation ที่เป็นสารมัธยันต์ จากนั้น carbocation จึงทำปฏิกิริยากับส่วนที่เหลือที่เป็นไอออนลบอีกที
  

ซัลเฟอร์ไดคลอไรด์ (sulphur dichloride : Cl-S-Cl) และซัลเฟอร์คลอไรด์ (sulphur chloride : Cl-S-S-Cl) ก็เป็น electrophile ตัวหนึ่งที่สามารถทำปฏิกิริยากับพันธะ (C=C) ได้ โดยอะตอม Cl ที่มีค่า electronegativity สูงกว่าอะตอม S ทำให้อะตอม S มีความเป็นขั้วบวกจนสามารถเข้าไปสร้างพันธะกับ pi อิเล็กตรอนของพันธะ C=C ได้ ปฏิกิริยาระหว่างสารสองตัวนี้กับโอเลฟินส์ (olefin) หรือไดโอเลฟินส์ (diolefin) ใช้ในการผลิตสารหล่อลื่น (lubricant) พวก extreme pressure lubricant (สารหล่อลื่นพื้นผิวที่รับความดันสูง เช่น รองลื่น (bearing) เกียร์ ของเหลวที่ใช้หล่อเลี้ยงในการตัดหรือกลึงโลหะ (cutting fluind) เป็นต้น - รูปที่ ๑) กระบวนการผลิตสารทั้งสองตัวนี้ได้รับการคิดค้นและจดสิทธิบัตรเอาไว้ตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ ๒๐ หรือก่อนสงครามโลกครั้งที่ ๑ จะเกิดขึ้นเสียอีก (รูปที่ ๒)

อย่างไรก็ตามสารทั้งสองตัวนี้เป็นสารที่ได้รับการควบคุมการส่งออก เพราะได้รับการจัดอยู่ใน Australia Group Common Control List Handbook Volume I : Chemical Weapons-related Common Control Lists ในฐานะที่เป็นสารตั้งต้นที่ใช้ในการผลิตอาวุธเคมีจำพวก Vesicant (หรือ Blister agent) ที่ก่อให้เกิดพิษต่อเซลล์ที่สัมผัส (ที่อาจเป็นเซลล์ผิวหนังหรือของระบบทางเดินหายใจ) ในตระกูลที่มีชื่อว่า "ซัลเฟอร์มัสตาร์ด - Sulphur mustard" และสารตัวแรกที่มีการนำมาใช้ในการสงครามคือบิส(คลอโรเอทิล)ไธโออีเทอร์ (bis(chloethyl)thioether : Cl-CH₂-CH₂-S-CH₂-CH₂-Cl) ที่มีกลิ่นคล้ายมัสตาร์ด และเป็นที่มีของชื่อแก๊สมัสตาร์ด (Mustard gas) (เรื่องของไนโตรเจนมัสตาร์ดอ่านได้ใน Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๘๗๗ วันพฤหัสบดีที่ ๒๓ ตุลาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "ไตรเอทานอลเอมีน(Triethanolamine)")
  

บิส(คลอโรเอทิล)ไธโออีเทอร์เตรียมได้จากปฏิกิริยาระหว่างเอทิลีน (ethylene H₂C=CH₂) กับซัลเฟอร์ไดคลอไรด์ (หรือซัลเฟอร์คลอไรด์) โดยปฏิกิริยาจะเกิดเป็นสองขั้นตอน (รูปที่ ๓) แต่ปฏิกิริยาดังกล่าวก็ยังมีโอกาสปฏิกิริยาข้างเคียงอื่นร่วมด้วย ดังนั้นความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ที่ได้จึงขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิต ในกรณีที่ต้องการผลิตภัณฑ์ที่มีเสถียรภาพ ไม่ทำปฏิกิริยากับภาชนะที่บรรจุ ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ก็เป็นสิ่งจำเป็น (เช่นการทำเพื่อเก็บสะสม) แต่ถ้าทำเสร็จแล้วก็รีบนำไปใช้งานเลย ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์นั้นก็อาจไม่จำเป็นเท่าใดนัก (เช่นในระหว่างสงครามโลกครั้งที่ ๑ ที่ผลิตเสร็จก็นำไปบรรจุกระสุนปืนใหญ่ใช้งานในสนามรบเลย) บทความวิชาการเกี่ยวข้องกับการผลิตแก๊สมัสตาร์ดนี้มีตีพิมพ์เผยแพร่ตั้งแต่หลังสงครามโลกครั้งที่ ๑ สิ้นสุด เพียงแต่เขาเลี่ยงไปใช้ชื่อว่าเป็นการศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยาระหว่างเอทิลีนกับซัลเฟอร์คลอไรด์แทน (รูปที่ ๔)
 

รูปที่ ๑ สิทธิบัตรการผลิต extreme pressure lubricant
  

รูปที่ ๒ สิทธิบัตรการผลิตซัลเฟอร์ไดคลอไรด์

รูปที่ ๓ ปฏิกิริยาระหว่างเอทิลีนและซัลเฟอร์ไดคลอไรด์
 

รูปที่ ๔ บทความเรื่อง "THE MECHANISM OF THE REACTION BETWEEN ETHYLENE AND SULFUR CHLORIDE" โดย J. B. Conant, E. B. Hartshorn, G. O. Richardson, J. Am. Chem. Soc., March 1920, 42 (3), pp 585–595. ที่นำเสนอกลไกการเกิดปฏิกิริยาระหว่างเอทิลีนกับซัลเฟอร์ไดคลอไรด์ บทความนี้ตีพิมพ์หลังสงครามโลกครั้งที่ ๑ สิ้นสุด

ถึงแม้ว่าหลังสงครามโลกครั้งที่ ๑ จะมีการห้ามการใช้อาวุธเคมีในการสงคราม แต่การวิจัยและพัฒนากระบวนการผลิต และอาวุธเคมีตัวใหม่ ๆ ก็มีอย่างต่อเนื่อง ดังเช่นสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาที่ยกตัวอย่างมาให้ดูในรูปที่ ๕ 
   

จะเห็นว่าปฏิกิริยาที่ใช้ในการผลิตแก๊สมัสตาร์ดนั้นไม่ได้ซับซ้อนอะไรเลย เป็นปฏิกิริยาเคมีที่มีปรากฏในตำราเรียนและสอนกันทั่วไปในวิชาเคมีอินทรีย์พื้นฐานที่ใครก็ตามได้เรียนวิชานี้ก็ได้เรียนกันทุกคน สำคัญคือผู้เรียนสามารถนำเอาหลักการพื้นฐานไปประยุกต์ใช้งานได้แค่ไหน หรือจำกัดเอาไว้เพียงแค่ตัวอย่างที่ปรากฏในตำราเรียนหรือบทความตีพิมพ์ ที่วันนี้เลือกเขียนเรื่องนี้ก็เพราะเห็นว่าคนร้ายต่างชาติรายหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการวางระเบิดที่ราชประสงค์นั้นสำเร็จการศึกษาทางด้าน "วิศวกรรมเคมี" เท่านั้นเอง
  

รูปที่ ๕ สิทธิบัตรการผลิตแก๊สมัสตาร์ด

Electrophilic addition ของ conjugated diene MO Memoir : Sunday 16 February 2557

พฤติกรรมการทำปฏิกิริยาของพันธะคู่ระหว่างอะตอมคาร์บอน C=C ที่อยู่โดดเดี่ยว กล่าวคือในโมเลกุลมีพันธะคู่อยู่เพียงตำแหน่งเดียว หรือมีหลายพันธะคู่หลายตำแหน่ง แต่พันธะคู่เหล่านั้นแยกห่างจากกันด้วยพันธะเดี่ยวคั่นกลางตั้งแต่สองพันธะขึ้นไป (เช่น -C=C-C-C=C-) ซึ่งเป็นลักษณะของ isolated double bond การทำปฏิกิริยาของพันธะคู่เหล่านั้นจะไม่ขึ้นอยู่กับพันธะคู่ตัวอื่น จะเป็นเหมือนกับการทำปฏิกิริยาของพันธะคู่ที่อยู่โดดเดี่ยว ทั้งนี้เพราะ πe^- ของพันธะคู่เหล่านั้นจะอยู่ประจำตำแหน่งโดยไม่ได้รับผลกระทบจากพันธะข้างเคียง (ดู Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๔๗ วันจันทร์ที่ ๑๐ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๗ เรื่อง "Electrophilicaddition ของalkene")
 

แต่ถ้าในโมเลกุลนั้นมีพันธะคู่มากกว่าหนึ่งพันธะ และพันธะคู่เหล่านั้นแยกห่างจากกันด้วยพันธะเดี่ยวเพียงพันธะเดียว เช่น -C=C-C=C- โครงสร้างเช่นนี้เรียกว่า conjugated double bonds พฤติกรรมการทำปฏิกิริยาของพันธะคู่เหล่านี้จะเปลี่ยนแปลงไป ทั้งนี้เพราะ πe^- จะไม่อยู่ประจำตำแหน่ง แต่จะเคลื่อนย้ายไปมาระหว่างพันธะคู่ที่อยู่เคียงข้างได้ เรื่องเกี่ยวกับ conjugated double bond และความเป็นอะโรมาติก เคยเล่าไว้ก่อนหน้านี้แล้วใน Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๑๘ วันศุกร์ที่ ๑๒ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "Conjugated double bonds กับ Conjugated double bonds กับ Aromaticity" 
  

ในที่นี้เราลองมาดูปฏิกิริยา electrophilic additionระหว่าง 1,3-butadiene กับ HBr ที่อุณหภูมิ 40ºC จากการทดลองพบว่าเกิดผลิตภัณฑ์ 2 ชนิด โดยผลิตภัณฑ์แรกคือ 1-Bromo-2-butene ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่งอะตอม C ตัวที่ 1 และ 4 (เรียก 1,4-addition) และตำแหน่งพันธะคู่ย้ายไปอยู่ระหว่างอะตอมคาร์บอนตัวที่ 2 และ3 และผลิตภัณฑ์ที่สองคือ 3-Bromo-1-butene ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่งอะตอมคาร์บอนตัวที่ 1 และ 2 (เรียก 1,2-addition) โดยเกิดผลิตภัณฑ์แรกในสัดส่วนประมาณ 80% และผลิตภัณฑ์ที่สองในสัดส่วนประมาณ 20%
 

การแทนที่แบบ 1,2-addition ที่ทำให้เกิด 3-Bromo-1-butene นั้นก็เหมือนกับการแทนที่ที่เกิดที่พันธะ C=C ทั่วไป แต่การแทนที่แบบ 1,4-addition ที่ทำให้เกิด 1-Bromo-2-butene นั้นไม่เพียงแต่เกิดขึ้นที่ตำแหน่งอะตอม C ของพันธะคู่คนละพันธะแล้ว ยังมีการทำให้เกิดการย้ายตำแหน่งของพันธะคู่อีก ซึ่งตรงนี้เป็นผลของการมีพันธะคู่อยู่เคียงข้างประจุบวกที่เกิดขึ้นเมื่อมีการเติม H⁺ เข้าไปยังอะตอม C ตัวที่อยู่ที่ปลายโซ่
 

ในขั้นตอนแรกนั้น H⁺ จะเข้าไปสร้างพันธะกับ πe^- ของพันธะคู่ก่อน โดย H⁺ จะเข้าไปที่ตำแหน่งอะตอม C ตัวที่ 1 ซึ่งส่งผลให้เกิดเป็นสารมัธยันต์ (intermediate) ที่มีประจุบวก (+) อยู่ที่ตำแหน่งอะตอมคาร์บอนตัวที่ 2 แต่เนื่องจาก C ตัวที่ 3 ที่อยู่เคียงข้างนั้นมี πe^- ที่เป็นของพันธะคู่ระหว่างอะตอม C ตัวที่ 3 กับ 4 ประจุบวกจึงไปดึง πe^-นั้นและย้ายพันธะคู่มาอยู่ระหว่างอะตอม C ตัวที่ 2 และ 3 และตำแหน่งของประจุบวกจะไปอยู่ที่ตำแหน่งอะตอม C ตัวที่ 4 

carbocation ที่มีประจุบวกอยู่ข้างพันธะคู่ C=C นี้มีชื่อว่า allylic carbocation หรือ allylic carbonium ion ในความเป็นจริงนั้นโครงสร้างไม่ได้เป็นดังรูปข้างบน (ที่แสดงการเปลี่ยนกลับไปกลับมาอย่างรวดเร็ว) แต่เป็น resonance hybrid ดังรูปข้างล่าง

 ปฏิกิริยา electrophilic additionของ conjugated diene นี้นักเคมีชาวรัสเซียชื่อ Alexander Mikhaylovich Zaitsev ได้ทำการศึกษา และได้ตั้งข้อสรุปเอาไว้ว่า "ผลิตภัณฑ์หลักที่เกิดจะเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีหมู่อัลคิลเกาะกับอะตอมคาร์บอนที่เป็นพันธะคู่ (C=C) มากที่สุด" ซึ่งตามตัวอย่างที่ยกมานั้นจะเห็นว่า 1-Bromo-2-butane จะมีหมู่อัลคิล 2 หมู่ (CH₃- กับ -CH₂Br) เกาะกับอะตอมคาร์บอนที่เป็นพันธะคู่ ในขณะที่ 3-Bromo-1-butene มีหมู่อัลคิลเพียงหมุ่เดียว (H₃C-CHBr-) เกาะกับอะตอมคาร์บอนที่เป็นพันธะคู่ ข้อสรุปดังกล่าวต่อมาเรียกว่าเป็น Saytzeff's rule หรือ Zaitsev's rule (แปลตัวสะกดชื่อจากรัสเซียเป็นอังกฤษได้หลายแบบ)
 

อันที่จริง "อุณหภูมิ" ยังเป็นปัจจัยอีกปัจจัยหนึ่งในการกำหนดว่าผลิตภัณฑ์หลักที่จะเกิดนั้นจะเกิดจาก 1,2-addition หรือ 1,4-addition ดังแสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ การเปลี่ยนแปลงพลังงานในปฏิกิริยา electrophilic addition ของ 1,3-butadiene กับ HBr (ดัดแปลงจาก Albert Zlatkis, Eberhard Breitmaier and Günther Jung, "A concise introduction to organic chemistry", 13th printing, McGraw Hill, 1985.)
 

จากรูปที่ ๑ จะเห็นว่าพลังงานกระตุ้นของการเกิด 1,2-addition (ผ่าน carbocation ที่มีประจุบวกอยู่ที่อะตอม C ตัวที่ 2 ซึ่งเป็น secondary carbocation) นั้นต่ำกว่าพลังงานกระตุ้นของการเกิด 1,4-addition (ผ่าน carbocation ที่มีประจุบวกอยู่ที่อะตอม C ที่อะตอม C ตัวที่ 4 ซึ่งเป็น primary carbocation) แต่ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจาก 1,4-addition นั้นมีเสถียรภาพสูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่เกิดจาก 1,2-addition ดังนั้นที่อุณหภูมิต่ำ ปฏิกิริยาจะเน้นไปทางการเกิด 1,2-addition มากกว่า เพราะต้องการพลังงานกระตุ้นน้อยกว่า แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ปฏิกิริยาจะเน้นไปทางการเกิด 1,4-addition เพราะระบบมีพลังงานที่สูงมากพอ ระบบก็จะปรับตัวโดยเปลี่ยนไปอยู่ในโครงสร้างที่มีพลังงานในตัวสูงขึ้น (เปลี่ยนจากรูป secondary carbocation ไปเป็น primary carbocation เพื่อดูดซับพลังงานเอาไว้) นอกจากนี้การเกิด 1,4-addition ยังได้ผลิตภัณฑ์ที่มีการคายพลังงานออกมากกว่า ดังนั้นเส้นทางการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับจะเกิดได้ยากกว่าด้วย
 

สิ่งที่จะฝากทิ้งท้ายไปตรงนี้ก็คือ จะเห็นว่าเส้นทางการเกิดปฏิกิริยาผ่านสารมัธยันต์ที่มีเสถียรภาพต่ำ (หรือพลังงานในตัวสูง) นั้น ไม่ใช่ว่าจะไม่เกิดขึ้น แต่ถ้าเราป้อนพลังงานให้กับระบบสูงมากพอ ระบบก็จะพยายามปรับตัวด้วยปรับเปลี่ยนโมเลกุลไปอยู่ในโครงสร้างที่มีพลังงานในตัวสูงขึ้นเพื่อดูดซับเอาพลังงานที่ป้อนเข้าไปนั้น ดังนั้นเมื่อให้พลังงานกับระบบสูงมากพอ เส้นทางการเกิดปฏิกิริยาผ่านทางสารมัธยันต์ที่มีพลังงานในตัวสูงก็สามารถเกิดได้เช่นเดียวกัน

หนังสือประกอบการเขียน

Albert Zlatkis, Eberhard Breitmaier and Günther Jung, "A concise introduction to organic chemistry",

13th printing, McGraw Hill, 1985.

Edward E. Burgoyne, "A short course in organic chemistry", 3rd printing, McGraw Hill, 1985.

บันทึกที่เกี่ยวข้องกับเสถียรภาพของ carbocation

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๒๓ วันจันทร์ที่ ๒๒ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "Carbocation- การเกิดและเสถียรภาพ"

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๓๙ วันเสาร์ที่ ๒๔ พฤศจิกายน พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "Carbocation ตอนที่๓ การจำแนกประเภท-เสถียรภาพ"

Alexander Mikhaylovich Zaitsev (หรือ Zaitsev หรือ Saytzeff)

เกิดวันที่ ๒ กรกฎาคม ค.ศ. ๑๘๔๑ ถึงแก่กรรม ๑ กันยายน ค.ศ. ๑๙๑๐

ข้อมูลจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Mikhaylovich_Zaytsev

ภาพจาก http://tatar.museum.ru/univer/col-zay.htm

Electrophilic addition ของอัลคีน MO Memoir : Monday 10 February 2557

ในทางเคมีอินทรีย์นั้น ถ้าเรานำนิยามความเป็นกรด-เบสของลิวอิสมาใช้ หลาย ๆ ปฏิกิริยาที่เราเรียนกันจะมองภาพได้ง่ายขึ้น คือมันเป็นเสมือนกับการทำปฏิกิริยาระหว่างกรด-เบสของลิวอิส ปฏิกิริยาการเติมสารที่ชอบอิเล็กตรอน (electrophilic addition) เข้าไปที่ตำแหน่งพันธะคู่ C=C ของอัลคีน (alkene) ก็เป็นเสมือนเช่นนี้ โดยตำแหน่งพันธะคู่ C=C จะทำหน้าที่เป็นเสมือนเบสลิวอิสอย่างอ่อน (มันมีอิเล็กตรอนอยู่หนาแน่นมากกว่าส่วนที่อยู่ข้างเคียง) ดังนั้นถ้ามีสารที่ชอบอิเล็กตรอน (electrophile) ที่แรงพอ สารนั้นก็จะสามารถดึง pi อิเล็กตรอนของพันธะ C=C มาสร้างพันธะกับตัวมันเอง ทำให้โครงสร้างโมเลกุลอัลคีนเริ่มต้นนั้นเปลี่ยนไปเป็น carbocation (มีประจุบวก) จากนั้น carbocation ก็จะทำปฏิกิริยากับอนุมูลที่มีประจุลบ กลายเป็นผลิตภัณฑ์ พันธะ C=C เดิมจะกลายเป็นพันธะเดี่ยว C-C

ปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนเฮไลด์ (Hydrohalogenation) จะได้สารประกอบอัลคิลเฮไลด์

ปฏิกิริยาการเติมน้ำ (Hydration) โดยมีกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จะได้แอลกอฮอล์
  

ปฏิกิริยากับกรดกำมะถัน H₂SO₄ เข้มข้นที่เย็น (Sulfonation) จะได้สารประกอบ alkylhydrogen sulphate

ซึ่งเมื่อทำให้สารประกอบ alkylhydrogen sulphate ร้อนในภาวะที่มีน้ำ สารประกอบดังกล่าวจะสลายตัวกลายเป็นแอลกอฮอล์ 
 

 

ส่วน SO₃ ที่เกิดขึ้นเป็นผลิตภัณฑ์ร่วมก็จะทำปฏิกิริยากับน้ำกลายเป็น H₂SO₄ ใหม่ ดังนั้นที่อุณหภูมิสูงปฏิกิริยานี้จึงเป็นเสมือนกับปฏิกิริยา hydration ที่มีกรด H₂SO₄ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาการเติมโมเลกุลฮาโลเจน (Addition of halogen) ก็จัดเป็นหนึ่งในปฏิกิริยา Electrophilic addition ด้วย โดยในปฏิกิริยานี้อะตอมหนึ่งของโมเลกุลฮาโลเจน (เช่น Br-Br) จะไปเหนี่ยวนำ pi อิเล็กตรอนของพันธะคู่และสร้างพันธะกับอะตอมฮาโลเจนนั้น เกิดเป็น carbocation กับไอออนเฮไลด์ที่มีประจุลบ ซึ่งไอออนเฮไลด์ที่มีประจุลบนั้นจะเข้าทำปฏิกิริยากับ carbocation กลายเป็นสารประกอบอัลคิลเฮไลด์

ปฏิกิริยาต่าง ๆ ที่ยกมาข้างต้น (ยกเว้นปฏิกิริยาการเติมโมเลกุลฮาโลเจน) นั้นจะเห็นว่าเริ่มจากการเติม H⁺ เข้าไปที่อะตอม C อะตอมหนึ่งของพันธะ C=C ก่อน คำถามที่เกิดขึ้นก็คือในกรณีที่หมู่ที่มาเกาะกับอะตอม C แต่ละตัวของพันธะ C=C นั้นไม่เหมือนกัน (unsymmetrical alkene) H⁺ ควรจะเข้าที่อะตอม C ตัวไหน
 

นักเคมีชาวรัสเซียชื่อ Vladimir Markovnikov ได้ทำการศึกษาปัญหาดังกล่าว และในปีค.ศ. ๑๘๗๐ (พ.ศ. ๒๔๑๓) ได้นำมาสู่ข้อสรุปที่ว่าอะตอม H จะเข้าไปที่อะตอม C (ของพันธะ C=C) ตัวที่มีหมู่อัลคิลมาเกาะน้อยกว่า (หรือมีอะตอม H เกาะอยู่แล้วมากกว่า) ข้อสรุปนี้รู้จักกันทั่วไปในนาม Markovnikov's rule
 

อันที่จริง Markovnikov's rule ก็สามารถอธิบายได้ด้วยเสถียรภาพของ carbocation ที่เกิดขึ้น คือสารมัธยันต์ที่เกิดขึ้นเมื่อเติม H⁺ และมีเสถียรภาพมากที่สุดก็จะสามารถทำปฏิกิริยาต่อไปเป็นผลิตภัณฑ์ เรื่อง carbocation นี้เคยกล่าวไว้แล้วใน Memoir ฉบับก่อนหน้าดังนี้

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๒๓ วันจันทร์ที่ ๒๒ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "Carbocation - การเกิดและเสถียรภาพ"

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๓๓ วันเสาร์ที่ ๑๐ พฤศจิกายน พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "Carbocation- การทำปฏิกิริยา"

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๓๙ วันเสาร์ที่ ๒๔ พฤศจิกายน พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "Carbocation ตอนที่ ๓ การจำแนกประเภท-เสถียรภาพ"

ปฏิกิริยาที่ดำเนินผ่านการเกิด carbocation จะเป็นไปตาม Markovnikov's rule ในขณะที่ปฏิกิริยาที่ไม่ดำเนินผ่าน carbocation จะไม่เป็นไปตาม Markovnikov's rule (หรือเรียกว่า anti-Markovnikov addition) ดังเช่นปฏิกิริยาระหว่าง H₃C-CH=CH₂ กับ HBr เมื่อมีสารประกอบเปอร์ออกไซด์ร่วมอยู่
  

แต่จะว่าไปแล้วถ้ามองในแง่ที่สารมัธยันต์ที่เกิดขึ้นและสามารถเกิดปฏิกิริยาต่อไปข้างได้นั้นจะต้องเป็นสารมัธยันต์ที่มีเสถียรภาพ ในกรณีนี้สารมัธยันต์ที่เกิดขึ้นคืออนุมูลอิสระ (radical) ซึ่งลำดับเสถียรภาพของอนุมูลอิสระก็มีลำดับเดียวกันกับเสถียรภาพของ carbocation เช่นกัน

หนังสือประกอบการเขียน

Albert Zlatkis, Eberhard Breitmaier and Günther Jung, "A concise introduction to organic chemistry",

13th printing, McGraw Hill, 1985.

Edward E. Burgoyne, "A short course in organic chemistry", 3rd printing, McGraw Hill, 1985.

Vladimir_Markovnikov

เกิด ๒๒ ธันวาคม ค.ศ. ๑๘๓๗ ที่ Knyaginino, Nizhny Novgorod Governorate, Russian Empire

ถึงแก่กรรม ๑๑ กุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๐๔ (รวมอายุ ๖๖ ปี) ที่ Saint Petersburg, Russian Empire

ข้อมูลจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Vladimir_Markovnikov