S_N2 反応: 反応速度論

ハロゲン化アルキルの求核置換反応は、結合の切断と形成が同時に起こる単一のステップと、カルボカチオン中間体の形成を含む段階的なプロセスの2つのメカニズムで進行する可能性があります。しかし、これはどのように決定されるのでしょうか?

1930年代後半、クリストファー・インゴールド卿とエドワード・D・ヒューズは、さまざまな求核置換反応の速度論を研究し、どのメカニズムが好ましいのかを解明しました。

反応速度は、反応物の消失または生成物の外観の初期速度を測定することによって実験的に決定されました。さらに、反応物濃度が速度方程式に及ぼす影響は、一方の反応物の濃度を変化させ、他方の反応物を一定に保つことによって研究されました。

IngoldとHughesは、クロロメタンと水酸化物イオンのような第一級ハロゲン化アルキルの反応速度は、特定の溶媒と温度条件における両方の反応物の濃度に直線的に依存することを観察しました。いずれかの反応物の濃度を一度に2倍にすると、速度が2倍になりました。両方の反応物の濃度を2倍にすると、速度は4倍になり、第一級ハロゲン化アルキルと求核剤との間の反応が二次速度論に従うことを示しています。

このことは、求核剤とハロゲン化アルキルの両方がこの置換反応中に1つのステップで衝突して生成物を形成することを示唆しており、2つの種が律速ステップに関与するため、この反応の分子性は二分子性であることを意味します。

したがって、このメカニズムに続く反応は、置換反応、求核反応、2次反応、または要するにS_N2反応として分類されます。

両方の反応物がS_N2反応の反応速度に影響を与えるため、より強力な求核剤と、より優れた脱離基を含む炭素求電子剤を選択することで、反応速度と収率を向上させることができます。

さらに、_{S N}2反応の速度は、反応物の濃度、温度、および溶媒の影響を受けます。