SN2 反応の速度論的研究は、そのメカニズムの重要な特徴を示唆しています。それは、SN2 反応が中間体のない単一段階のプロセスであるということです。 ここで、求核試薬と基質の両方が律速段階に関与します。
基板内に電気陰性度の高いハロゲンが存在すると、分極した炭素-ハロゲン化物結合が形成されます。 ハロゲン化物は電子雲を引き寄せ、炭素原子に求電子中心を生成します。 したがって、炭素原子は部分的に正電荷を帯びますが、ハロゲン化物は部分的に負電荷を持ちます。 求電子性炭素は、その孤立電子対で求核剤を引き付けます。
ただし、ハロゲン化物の周囲の電子密度が高いため、求核剤による同側攻撃が効果的にブロックされます。 したがって、求核試薬は基板の電子不足側から求電子試薬に近づき、裏面攻撃が起こります。 したがって、求核剤は、その孤立電子対を、脱離基から 180 度離れた求電子性炭素に供与します。
ハロゲン化物が求電子性炭素から離れると、炭素に結合した電子対とともにハロゲン化物は離れていきます。 これにより、求核剤と基質の間の結合が部分的に形成され、基質と脱離基の間の結合が部分的に切断された遷移状態が生じます。
炭素に 3 つの固体結合と 2 つの部分結合があるため、遷移状態は非常に不安定です。 したがって、脱離基は炭素に結合した電子対とともに離脱し、基質の配置が反転します。 (図1)
図 1. SN2 メカニズム
さらに、分子軌道理論はバックサイド攻撃もサポートします。 求核剤の結合軌道、つまり最高被占分子軌道 (HOMO) が、脱離基と同じ側から基質の最低空分子軌道 (LUMO) に近づくと、結合と結合の両方を打ち消すノードに直面します。 反結合オーバーラップ。 対照的に、求核剤による裏面攻撃は基質の LUMO と効率的に重複し、結合形成を引き起こします。
したがって、入ってくる求核試薬が脱離基と反対の方向から基質と反応し、脱離基が置換されるとき、SN2 機構は単一のステップで発生します。
推奨文献:
ブラウン、W.H.、アイバーソン、B.L.、アンスリン、V.E.、フット サウスカロライナ州 (2014)。 有機化学。 オハイオ州メイソン: Cengage Learning、344-345。
ソロモンズ、G.、フライル、C.、スナイダー、S. (2015)。 有機化学。 ニュージャージー州ニュージャージー州: ワイリー、246-248。
ラウドン、M.、パリス、J. (2016)。 有機化学。 ニューヨーク州ニューヨーク: Macmillan Publishers、391-393。
クライン、D. (2017)。 有機化学。 ニュージャージー州ニュージャージー州: ワイリー、277-278。
Clayden, J.、Greeves, N.、および Warren, S. (2012)。 有機化学。 オックスフォード:オックスフォード大学出版局、340-342。
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