6.8 : תגובת SN2: מנגנון

המחקרים הקינטיים של תגובות S _N 2 מצביעים על תכונה חיונית של המנגנון שלו: זהו תהליך חד-שלבי ללא תוצרי ביניים. כאן, גם הנוקלאופיל וגם המצע משתתפים בשלב קביעת הקצב.

הנוכחות של ההלוגן האלקטרושלילי יותר במצע יוצרת קשר פחמן-הליד מקוטב. ההליד מושך את ענן האלקטרונים ויוצר מרכז אלקטרופילי באטום הפחמן. לפיכך, אטום הפחמן נושא מטען חיובי חלקי בעוד שלהליד יש מטען שלילי חלקי. הפחמן האלקטרופילי מושך את הנוקלאופיל עם זוג האלקטרונים הלא קושר שלו.

עם זאת, צפיפות האלקטרונים הגבוהה סביב ההליד חוסמת למעשה את ההתקפה הצדדית של הנוקלאופיל. לפיכך, הנוקלאופיל מתקרב לאלקטרופיל מהצד הדל באלקטרונים של המצע, מה שמוביל להתקפה אחורית. לכן, הנוקלאופיל תורם את הזוג הלא קושר שלו לפחמן האלקטרופילי, במרחק של 180 מעלות מהקבוצה העוזבת.

שההליד יוצא מהפחמן האלקטרופילי, הוא מתרחק עם צמד האלקטרונים קשור לפחמן. כתוצאה מכך נוצר תצמיד משופעל עם קשר שנוצר חלקית בין הנוקלאופיל למצע וקשר שבור חלקית בין המצע לקבוצה העוזבת.

עם שלושה קשרים מוצקים ושני קשרים חלקיים בפחמן, מצב המעבר הוא מאוד לא יציב. לפיכך, הקבוצה העוזבת יוצאת עם זוג האלקטרונים קשור לפחמן, מה שמוביל להיפוך של תצורת המצע. (איור 1)

איור 1. מנגנון S _N 2

יתרה מכך, תיאוריית האורביטל המולקולרי תומכת גם בהתקפה האחורית. כאשר אורביטל הקושר של הנוקלאופיל, כלומר האורביטל המולקולרי התפוס הגבוה ביותר, או HOMO, מתקרב לאורביטל המולקולרי הבלתי תפוס הנמוך ביותר, או LUMO, של המצע מאותו צד של הקבוצה העוזבת, הוא פונה לnode המבטל את החפיפה גם של הקשר וגם של האנטי קשר. לעומת זאת, התקפה אחורית על ידי הנוקלאופיל חופפת ביעילות את ה-LUMO של המצע, וכתוצאה מכך נוצר קשר.

לפיכך, מנגנון S _N 2 מתרחש בשלב אחד, כאשר הנוקלאופיל הנכנס מגיב עם המצע מכיוון מנוגד לקבוצה העוזבת, אשר יוצאת ממקומה.

חזק>קריאה מוצעת:

1. Brown, W.H., & Iverson, B.L., & Anslyn, V.E., & Foote S.C. (2014). Organic Chemistry . Mason, Ohio: Cengage Learning, 344-345.
2. Solomons, G., & Fryhle, C. & Snyder, S. (2015). Organic Chemistry . New Jersey, NJ: Wiley, 246-248.
3. Loudon, M., & Parise, J. (2016). Organic Chemistry . New York, NY: Macmillan Publishers, 391-393.
4. Klein, D. (2017). Organic Chemistry . New Jersey, NJ: Wiley, 277-278.
5. Clayden, J., & Greeves, N., & Warren, S. (2012). Organic Chemistry . Oxford: Oxford University Press, 340-342.