Реакция S_N2: Механизм

Кинетические исследования реакций S_N2 показывают, что в стадии, определяющей скорость, участвуют как нуклеофил, так и субстрат. Однако они не объясняют точно, как молекулы располагаются во время реакции. Чтобы получить полный механизм реакции S_N2, рассмотрим следующие теории.

Во-первых, подложка содержит электроотрицательный галоген, который создает поляризованную углерод-галогенидную связь. Это приводит к тому, что электрофильный центр в углероде притягивает нуклеофил своей единственной парой электронов.

Тем не менее, наличие высокой электронной плотности вокруг галогенида эффективно блокирует фронтальную атаку. Таким образом, нуклеофил приближается к электрофилу со стороны, противоположной уходящей группе, что приводит к атаке на спину.

Когда нуклеофил отдает свою единственную пару электрофилу, уходящая группа отстраняется вместе с электронной парой, связанной с углеродом. Это приводит к переходному состоянию, в котором образование связи между нуклеофилом и субстратом и разрыв связи между субстратом и уходящей группой происходят одновременно.

Переходное состояние крайне нестабильно. Чтобы восстановить стабильность, уходящая группа отправляется вместе с электронной парой согласованным образом, что приводит к инверсии конфигурации подложки.

Молекулярная орбитальная теория также поддерживает атаку сзади. Единственная пара электронов нуклеофила занимает самую высокую молекулярную орбиталь, или HOMO. Чтобы образовать связь, HOMO должен перекрываться с самой низкой незанятой молекулярной орбиталью, или LUMO, электрофила.

Когда нуклеофил приближается к электрофилу с той же стороны, что и уходящая группа, он сталкивается с узлом, что приводит к перекрытию HOMO с связывающим и антисвязывающим LUMO. Тем не менее, связующее покрытие не образуется, так как антисвязывающее перекрытие отменяет связывающее перекрытие.

В противоположность этому, обратный подход нуклеофила эффективно перекрывает HOMO с LUMO электрофила, что приводит к образованию связи.

Таким образом, обе теории поддерживают механизм реакции_S-N2, когда нуклеофил атакует с тыльной стороны, одновременно вытесняя уходящую группу и вызывая инверсию конфигурации.