S_N2-Reaktion: Mechanismus

Kinetische Untersuchungen von S N 2 -Reaktionen zeigen, dass sowohl das_Nukleophilals auch das Substrat an dem geschwindigkeitsbestimmenden Schritt beteiligt sind. Sie erklären jedoch nicht genau, wie sich die Moleküle während der Reaktion anordnen. Um den vollständigen Mechanismus einer S N 2-Reaktion abzuleiten, betrachten Sie die folgenden_Theorien.

Zunächst enthält das Substrat ein elektronegatives Halogen, das eine polarisierte Halogenkohlenstoff-Bindung erzeugt. Dies führt zu einem elektrophilen Zentrum am Kohlenstoff, das das Nukleophil mit seinem einsamen Elektronenpaar anzieht.

Das Vorhandensein einer hohen Elektronendichte um das Halogenid herum blockiert jedoch effektiv den Frontside-Angriff. Somit nähert sich das Nukleophil dem Elektrophil von der Seite, die der verlassenden Gruppe gegenüberliegt, was zu einem Backside-Angriff führt.

Wenn das Nukleophil sein einzelnes Paar an das Elektrophil abgibt, zieht sich die verlassende Gruppe mit dem an den Kohlenstoff gebundenen Elektronenpaar zurück. Dies führt zu einem Übergangszustand, in dem die Bindungsbildung zwischen dem Nukleophil und dem Substrat und der Bindungsbruch zwischen dem Substrat und der Abgangsgruppe gleichzeitig stattfinden.

Der Übergangszustand ist sehr instabil. Um die Stabilität wiederherzustellen, verlässt die verlassende Gruppe das Elektronenpaar in einer konzertierten Weise, was zu einer Umkehrung der Substratkonfiguration führt.

Die Molekülorbitaltheorie unterstützt den Backside-Angriff zusätzlich. Das einzige Elektronenpaar des Nukleophils nimmt das höchste Molekülorbital (HOMO) ein. Um eine Bindung zu bilden, muss sich der HOMO mit dem kleinsten freien Molekülorbital (LUMO) des Elektrophils überlappen.

Wenn sich ein Nukleophil dem Elektrophil von der gleichen Seite wie die verlassende Gruppe nähert, steht es einem Knoten gegenüber, was dazu führt, dass sich der HOMO mit dem bindenden und antibindenden LUMO überlappt. Es bildet sich jedoch keine Bindung, da die Antibonding-Überlappung die Bonding-Überlappung aufhebt.

Im Gegensatz dazu überlappt der Rückseitenansatz des Nukleophils effizient den HOMO mit dem LUMO des Elektrophils, was zur Bindungsbildung führt.

Beide_Theoriensprechen also dafür, dass der S N 2-Reaktionsmechanismus aufeinander abgestimmt ist, bei dem das Nukleophil von der Rückseite angreift, während es gleichzeitig die Abgangsgruppe verdrängt und eine Umkehrung der Konfiguration verursacht.