6.9
一个 SN2 反应遵循一种协同机理,在此过程中,亲核试剂从底物的背面进攻,同时离去基团从其相反的一侧离去。
这一过程经过一个过渡态,过渡态用方括号表示。该结构包含一个与五个基团相连的亲电碳原子:三个取代基、一个亲核试剂和一个离去基团。亲核试剂和离去基团处于部分成键状态,且这两个基团均带有部分负电荷。
由于过渡态不是中间体,因此无法被分离。它具有三角双锥几何构型,其中三个取代基呈平面排列,亲核试剂和离去基团相距180°,垂直于该平面。
取代基位于亲核试剂和离去基团两侧90°的位置。这会增加空间位阻,导致反应途径中能量最高的结构不稳定。
过渡态的能量会影响 SN2 反应的反应速率。过渡态能量越高,活化能越大,因此反应速率越低。
反应速率还受到空间位阻的影响,即亲核试剂进攻亲电中心的难易程度。
当α-碳上的烷基取代基增加时,空间位阻以及与进攻亲核试剂之间的范德华排斥作用也随之增加。
例如,卤代甲烷和任何伯卤代烃的空间位阻最小,反应进行得更快。
相比之下,具有两个大位阻基团的仲卤代烃会产生更大的空间位阻,从而减缓反应速率。
在三级卤代烃中,三个庞大的基团阻碍了亲核进攻,使得该底物在SN2机理下实际上不具反应活性。
此外,伯卤代烃中β-烷基取代基的增加会加大空间位阻,导致分子无法发生SN2反应。
烷基卤化物的SN2反应是一步过程,其中亲核试剂与底物之间的成键以及底物与卤化物之间的键断裂通过过渡态同时发生,而不形成中间体。
当亲核试剂以其孤对电子接近亲电子碳时,卤化物充当离去基团并同与碳键合的电子对一起移走。 点状部分键代表在过渡态中形成或断裂的键,以描述该机制,结构被括在方括号内。
过渡态高…