S_N2-Reaktion: Übergangszustand

Eine S N 2-Reaktion folgt einem konzertierten_Mechanismus, bei dem ein Nukleophil das Substrat von der Rückseite aus angreift, bei gleichzeitigem Verlust der Abgangsgruppe von der ihm gegenüberliegenden Seite.

Dies geschieht durch einen Übergangszustand, der in eckigen Klammern dargestellt wird. Die Struktur besteht aus einem elektrophilen Kohlenstoff, der an fünf Gruppen gebunden ist: drei Substituenten, ein Nukleophil und eine Abgangsgruppe. Das Nukleophil und die verlassende Gruppe sind teilweise gebunden, und beide Gruppen tragen eine teilweise negative Ladung.

Da es sich bei dem Übergangszustand nicht um ein Zwischenstadium handelt, kann er nicht isoliert werden. Es hat eine trigonale bipyramidale Geometrie mit den drei Substituenten in einer planaren Anordnung. Das Nukleophil und die Abgangsgruppe werden 180° voneinander entfernt senkrecht zur Ebene angeordnet.

Die Substituenten stehen in einem Winkel von 90° sowohl von der Nukleophil- als auch von der Abgangsgruppe. Dies erhöht die Überfüllung, was zu einer instabilen Struktur bei höchster Energie auf dem Reaktionsweg führt.

Die Energie des Übergangszustands beeinflusst die Geschwindigkeit einer S_N2-Reaktion. Je höher die Energie im Übergangszustand, desto größer ist die Aktivierungsenergie und desto geringer die Reaktionsgeschwindigkeit.

Die Reaktionsgeschwindigkeit wird auch durch die sterische Behinderung beeinflusst, d.h. die Leichtigkeit, mit der das Nukleophil das elektrophile Zentrum angreift.

Wenn die Alkylsubstitution an einem Alpha-Kohlenstoff zunimmt, nimmt die sterische Behinderung und damit die Van-der-Waals-Abstoßung mit dem einströmenden Nukleophil zu.

Zum Beispiel weisen ein Methylhalogenid und ein beliebiges Primärhalogenid die geringste sterische Abstoßung auf, und die Reaktion verläuft schneller.

Im Vergleich dazu führt ein sekundäres Halogenid mit zwei sperrigen Gruppen zu einer erhöhten sterischen Abstoßung, die folglich die Reaktion verlangsamt.

In einem tertiären Halogenid behindern die drei sperrigen Gruppen den nukleophilen Angriff, wodurch das Substrat durch einen S_N2-Mechanismus praktisch nicht reaktiv wird.

Darüber hinaus erhöht eine erhöhte β-Alkyl-Substitution eines primären Halogenids die sterische Abstoßung, wodurch das Molekül nicht mehr in der Lage ist, eine S_N2-Reaktion durchzuführen.