14.9. SN2-Реакция: механизм и кинетика

Реакция бромистого метила с гидроксил-ионом, приводящая к метиловому спирту, является реакцией второго порядка, т. е. скорость реакции зависит от концентрации обоих реагентов.

В качестве простейшего объяснения можно принять, что реакция требует столкновения между ионом гидроксила и молекулой бромистого метила.

Рис. 14.1. -Реакция: полное обращение конфигурации. Нуклеофильный реагент атакует с тыла.

Некоторые данные, которые будут кратко рассмотрены, свидетельствуют о том, что при атаке гидроксил-ион остается как можно дальше от брома, т. е. он атакует молекулу с тыла.

Реакция происходит, как показано на рис. 14.1. Когда гидроксил-ион сталкивается с молекулой бромистого метила со стороны, наиболее удаленной от брома, и когда такое столкновение имеет достаточную энергию, образуется связь а связь разрывается и ион брома отщепляется.

Переходное состояние можно представить как структуру, в которой атом углерода частично связан с ОН и связь еще полностью не образовалась, а связь еще не совсем разорвалась. Отрицательный заряд гидроксильной группы уменьшился, так как она уже частично подала свои электроны на связь с углеродом. Бром приобрел частичный отрицательный заряд, так как он в какой-то степени оттянул пару электронов от углерода. Одновременно разрываются ион-дипольные связи между» гидроксил-ионом и растворителем и образуются новые ион-дипольные связи между ионом брома и молекулами растворителя.

Группы ОН и располагаются на максимально возможном расстоянии друг от друга; три атома водорода и углерод лежат в одной плоскости, причем все углы между связями равны 120° (2,094 рад). Таким образом, связи расположены, как спицы в колесе, а связи ориентированы вдоль оси.

Этот механизм называется нуклеофильное бимолекулярное замещение. Термин «бимолекулярное» используется здесь, поскольку стадия, определяющая скорость реакции, включает столкновение двух частиц.

Какие же имеются доказательства в пользу того, что алкилгалогениды реагируют таким образом? Во-первых, механизм находится в соответствии с кинетикой реакции, аналогичной реакции между бромистым метилом и гидроксил-ионом. В общем случае -реакция имеет второй порядок. Рассмотрим некоторые другие доказательства.