Nukleofil substitution är en klass av kemiska reaktioner som påträffas i organisk kemi, inklusive de som används för att tillverka vanliga petrokemiska och farmaceutiska produkter. Dess underliggande mekanism upptäcktes för 82 år sedan av de brittiska kemisterna Edward Hughes och Christopher Ingold, som visade att en elektronrik kemisk art, kallas nukleofil, "anfaller" och ersätter ett elektronfattigt fragment av en organisk molekyl, kallas en lämnande grupp.

En av huvudtyperna av nukleofila substitutionsreaktioner, kallas S _N 2, innebär att nukleofilen attackerar och den lämnande gruppen avgår samtidigt. Hughes och Ingold gjorde först observationen, bekräftades sedan av generationer av kemister, att S _N 2 reaktioner verkade alla ske via "backside attack, " varvid nukleofilen förenar den organiska molekylen på en plats motsatt den lämnande gruppen.

Även om S _N 2 reaktioner ansågs vara förstådda, en ny variant har hittats av en grupp forskare i Singapore. I en kommande artikel som kommer att publiceras i tidskriften Vetenskap , en forskargrupp ledd av professor Choon-Hong Tan vid Nanyang Technological University (NTU) rapporterar att SN2-reaktioner också kan uppstå via "frontside attack, " varvid nukleofilen närmar sig molekylen på samma sida som den lämnande gruppen.

En av de viktigaste egenskaperna hos en standard S _N 2 reaktionen är att nukleofilen, i försök till en baksidaattack, blockeras av andra delar av molekylen. Detta fenomen, kallas "steriskt hinder, " sätter strikta gränser för hur snabbt S _N 2 reaktioner kan hända. Däremot den nyupptäckta reaktionen, som forskarna kallar S _N 2X, uppstår via frontside attack och är inte benägen för steriska hinder.

Upptäckten av S _N 2X-reaktionen innebar en betydande mängd kemiskt detektivarbete. "Vi var tvungna att utforma vårt experiment för att utesluta möjligheterna för flera andra typer av reaktioner, samt noggrant kontrollera att reaktionens biprodukter överensstämde med vår tolkning, " kommenterade Xin Zhang, en NTU doktorand som var den första författaren på tidningen.

Frånvaron av steriskt hinder i S _N 2X innebär att vissa reaktioner inom organisk kemi kan utföras mer effektivt än man tidigare trott. "I tidningen, vi demonstrerade S _N 2X reaktion i en speciellt vald uppsättning reaktioner – enantioselektiva reaktioner av steriskt hindrade tertiära halogenider, " förklarade professor Tan. "Men nu när ett exempel har hittats, det verkar mycket troligt att andra följer efter. Revideringen av en sådan grundläggande del av organisk kemi innebär att många reaktioner, vilka kemister trodde vi förstod, kanske nu måste omprövas. Detta kan få omfattande konsekvenser inom hela fältet."