SN2反应(双分子亲核取代反应)是亲核取代反应的一类,其中S代表取代(Substitution),N代表亲核(Nucleophilic),2代表反应的决速步涉及两种分子sn2反应。
决定反应活性的因素,实际上就是决定反应速率的因素,具体如下:
1.离去基团的碱性
离去基团的碱性越强,其离去能力越弱,反之亦然。离子的碱性随着所在周期的增加而降低。对于卤素离子而言,碘离子的碱性最弱,因此碘离子是一个很好的离去基团;氟离子则相反,氟代烃也因此很难发生SN2反应。碱性 F -> Cl -> Br -> I- ,离去能力与上述顺序相反。
2.亲核试剂的亲核性
亲核性需要与上面的碱性相区别。碱性是试剂对质子的亲和能力,而亲核性是试剂形成过渡态时,对碳原子的亲和能力。一般来讲,试剂的负电性、碱性和可极化性越强,其亲核性也越强。实际上通常需要综合考虑这几个因素以及溶剂的影响。
3.溶剂
SN2反应在质子溶剂中进行时,一方面,溶剂化作用有利于离去集团的离去;另一方面,溶剂也会与亲核试剂发生作用,使亲核试剂与底物的接触变得困难。最后的影响是这两种因素的综合结果。相对而言,非极性溶剂分子很少包围负离子,因此对SN2反应是有利的。
4.空间效应
位阻(含体积大的取代基)会使亲核试剂的亲核性下降。虽然乙醇的酸性比叔丁醇强,但叔丁氧基负离子的亲核性弱于乙氧基负离子,就是因为这个缘故。
SN1和SN2反应的区别方法:
1、从重排现象中区分:
在Sn1反应中由于生成了碳正离子中间体,所以重排是这种反应的重要特征,也是支持Sn1机理的重要实验根据。如果一个亲核取代反应中有重排现象,那么这种取代一般都是Sn1机理。在Sn2反应中,没有碳正离子中间体生成,也没有任何中间体生成,所以不发生重排。
2、从瓦尔登转化中区分:
瓦尔登转化是Sn2反应的立体化学特征,产生这种特征的原因是亲核试剂的背面进攻。如果亲核试剂为同位素,比如用旋光性的2-碘甲烷与放射性碘负离子进行路交换反应,则在反应过程中外消旋化的速度是同位素交换速度的2倍。
3、从混合机理区域中区分:
一般认为,Sn1和Sn2是亲核取代反应的两个极限机理,在这两个极限机理之间还存在着一个具有不同程度的Sn1和Sn2混合机理区域。离子对机理能够把Sn1和Sn2及其他情况统一起来,是一种比较完整的亲和取代机理。
4、亲核试剂区分:
在Sn1反应中,反应速度只决定于RX的解离,而与亲核试剂无关。因此亲核试剂的性质对Sn1的反应活性无明显影响。而在Sn2反应中,亲核试剂的亲核性越强,浓度越大,其反应速度就越快。在卤代烃的亲核取代反应中,用强的亲核试剂倾向于Sn2机理,用弱的亲核试剂倾向于Sn1机理。
5、动力学一级反应需要两步完成:
两步完成是指第一步生成碳正离子,然后碳正离子与亲核试剂结合,后一步为快速步。中间体碳正离子为平面结构,亲核试剂可以从两侧进攻。动力学二级反应,在慢速步中,亲核试剂与反应底物均参与反应,一步完成,如果反应底物为手性分子,则亲核试剂从离去基的背面进攻,产物构型反转。
参考资料来源:搜狗百科-Sn1
参考资料来源:搜狗百科-双分子亲核取代反应