Мономолекулярного нуклеофильного замещения

Переходное состояние более полярное d΄Ө>dӨ и d΄Å>dÅ. Более полярный

растворитель сильнее сольватирует ПС, чем ИС.

В растворителе, имеющем высокую диэлектрическую проницаемость, легче протекает ионизация галогеналкана, но, в отличие от апротонных растворителей, в протонном сольватируется не только карбокатион, но и ион галогена, образуя с растворителем водородные связи.

Сольватация сопровождается выделением значительного количества энергии, которая может быть затрачена на ионизацию новых исходных молекул, что приводит к ускорению реакции.

Cольватация нуклеофила не влияет на скорость реакции, так как даже стабилизированный сольватацией нуклеофил быстро реагирует с карбокатионом.

Стереохимия.В карбокатионе, образующемся в медленной стадии, связи sp² -гибридизованного атома углерода расположены в одной плоскости. Если S_N1-замещение протекает у хирального атома углерода, то образующийся плоский карбокатион становится ахиральным.

Последующая атака нуклеофильного реагента происходит с одинаковой вероятностью с обеих сторон плоского карбокатиона. Следовательно, половина образующихся молекул будет иметь ту же конфигурацию, что и исходное соединение, а половина - будет его зеркальным изображением, т.е. образуется эквимолекулярная смесь энантиомеров - рацемат. Такая реакция приводит к оптически неактивному продукту.

В том случае, если уходящий галогенид-ион не успевает отойти от реакционного центра, он затрудняет атаку нуклеофила со своей стороны. Это приводит к образованию большего количества изомера с конфигурацией, противоположной конфигурации исходного соединения. Тогда имеет место частичная рацемизация.

Более точное объяснение этого явления основывается на идее о том, что формирование карбокатиона в реакции S_N1 происходит через образование нескольких форм ионных пар различного строения.

Тесная ионная пара – ионы расположены рядом и находятся в клетке растворителя. СРИП – ионы, разделенные хотя бы одной молекулой растворителя.

Нуклеофил может взаимодействовать с любой из приведенных частиц. При взаимодействии Nu с RX реакция протекает в соответствии с механизмом S_N2. Механизм S_N1 реализуется, когда субстрат диссоциирует и Nu атакует карбокатион (СИ). Это два предельных случая нуклеофильного замещения: обращение конфигурации (инверсия) или рацемизация. Взаимодействия ТИП + Nu и СРИП + Nu приводят к частичной рацемизации (или частичному обращению конфигурации, что то же самое).

Реакционная способность. Главным фактором, определяющим реакционную способность в S_N1-реакции, является электронный фактор – устойчивость карбокатиона, образующегося в медленной стадии реакции. Чем устойчивее карбокатион, тем легче он образуется, тем быстрее протекает замещение.

11.1.3. Сравнение реакций S_N 1 и S_N 2

Каждый из этих механизмов в чистом виде встречается редко. Реакционная способность в S_N2-реакции уменьшается при переходе от СН₃-Х к первичным RCH₂-X, для вторичных - она гораздо меньше и появляется значительный вклад S_N1-реакций. При переходе от вторичных к третичным галогеналканам реакционная способность в S_N1-реакции резко возрастает.

Изменяя условия протекания реакций, можно направить процесс преимущественно по тому или иному механизму.

Таблица 11.2