S_N2-Reaktion: Stereochemie

Es sei daran erinnert, dass eine S N 2-Reaktion einem konzertierten_Mechanismusfolgt, bei dem der nukleophile Angriff und das Verlassen der verlassenden Gruppe gleichzeitig stattfinden.

Eine hohe Elektronendichte um die verlassende Gruppe blockiert die Vorderseite des Substrats, was das Nukleophil dazu zwingt, einen Rückseitenangriff zu starten.

Da sich der HOMO des Nukleophils effektiv mit dem LUMO des Elektrophils überlappt, beginnt sich eine neue Bindung zu bilden, und gleichzeitig schwächt sich die Bindung zwischen dem Elektrophil und der verlassenden Gruppe ab.

Gleichzeitig verringert sich der Winkel zwischen den Substituenten und der Abgangsgruppe von 109,5° auf 90°, und die Geometrie des Kohlenstoffatoms ändert sich von tetraedrisch – im Substrat – zu trigonal bipyramidal, im pentakoordinaten Übergangszustand.

Um jedoch die Tetravalenz des Kohlenstoffs beizubehalten, verlässt die Abgangsgruppe den Übergangszustand, und die Geometrie des Kohlenstoffs wird wieder tetraedrisch.

In dem Produkt haben sich die Substituenten auf Carbon auf links gedreht, was zu einem umgekehrten Tetraeder führt – ähnlich einem Regenschirm, der bei starkem Wind umkippt. Außerdem wird das Nukleophil direkt gegenüber der ursprünglichen Position der verlassenden Gruppe platziert.

In einem achiralen Substrat ist aufgrund der Symmetrieebene die Konfiguration des invertierten Produkts identisch mit der des Reaktanten, und daher wird keine offensichtliche Inversion beobachtet.

Im Gegensatz dazu erfährt ein chirales Substrat wie (R)-2-Brombutan – mit einem asymmetrischen Alpha-Kohlenstoff – eine scheinbare Inversion in der Konfiguration, die auch als Walden-Inversion bekannt ist, um (S)-2-Butanol mit einem umgekehrten Kohlenstoff-Stereozentrum zu erhalten.

Ebenso durchläuft (S)-2-Chlorpentan eine S_N2-Reaktion zur Bildung von (R)-2-pentanol.

In einem zyklischen Molekül ergibt ein trans-Substrat ein cis-Produkt, während ein cis-Substrat ein trans-Produkt erzeugt.

Daher sind S_N2-Reaktionen stereospezifisch, da das stereochemische Ergebnis des Produkts von der Konfiguration des Substrats abhängt.