S_N1反応のメカニズム

第三級ハロゲン化物が水溶液中で反応して求核置換生成物を得るとき、基質のみが律速決定ステップに関与することを思い出してください。この単分子S_N1プロセスは、多段階のメカニズムを通じて発生します。

最初のステップでは、ハロアルカンが高エネルギー転移状態を介してイオン化し、第三級カルボカチオン中間体とハロゲン化物イオンを生成します。極性溶媒である水のイオン化能力により、ハロゲン化物の排出が容易になります。ヘテロリシス切断は、大きな活性化エネルギーを伴う低速で非常に吸熱的なプロセスであり、これを律速決定ステップにします。

溶媒がない場合、つまり気相では、活性化エネルギーはほぼ7倍高くなります。

最初のステップで生成されたイオンは、溶媒和によって水分子によって安定化されます。形成されるカルボカチオンは、この反応の溶媒である水のような弱い中性求核剤と容易に反応できる強力な求電子剤です。

第2ステップでは、水がルイス塩基として働き、その電子をカルボカチオンに供与して、プロトン化種であるオキソニウムイオンを生成します。新しい結合が形成されるため、このプロセスは低エネルギーの遷移状態を持つ強い発熱性を示します。

第3ステップでは、オキソニウムイオンはプロトンを水に失い、プロトンがブレンステッド塩基として作用し、tert-ブチルアルコールとヒドロニウムイオンの2つの生成物が生成されます。

要約すると、_{S N}1メカニズムは置換のための2つのコアステップで構成されており、非荷電求核剤を使用すると、最終的に1つの追加のプロトン移動ステップが関与します。

マルチステップS_N1反応は、炭素原子と脱離基との間の結合が求核攻撃の前に切断されるという点で、シングルステップS_N2反応とは異なる。

また、S_N1反応には2つの遷移状態と1つの中間体が含まれますが、S_N2反応には1つの遷移状態しかなく、中間体はありません。