Новости химической науки > Одностадийна ли реакция SN2?

Фундаментальный для органической химии механизм нуклеофильного замещения может оказаться сложнее, чем описано в учебниках.

Аппарат, разработанный Роландом Вестером, позволил изучить динамику реакции S_N2 в беспрецедентных деталях. (Рисунок из Science, 2008, 319, 183)

Реакция бимолекулярного нуклеофильного замещения S_N2 является одностадийным синхронным процессом. Однако международный коллектив исследователей из Германии и США с помощью метода скрещенных пучков [crossed-beam] и компьютерных расчетов показал, что такие реакции могут быть сложнее, чем считалось ранее.

Группа Роланда Вестера (Roland Wester) из Фрайбурга исследовала динамику классической реакции S_N2 CH₃I + Cl^– = CH₃Cl + I^– в газовой фазе. Они следили за столкновением противонаправленных пучков нейтральных молекул CH₃I и хлорид-ионов в вакууме, детектируя скорости и углы рассеяния продуктов реакций. При большей скорости частиц в пучке продукты рассеиваются практически в одном направлении, что ожидается в соответствии с представлением о синхронном механизме. Медленная скорость пучков исходных частиц приводит к тому, что продукты нуклеофильного замещения рассеиваются практически во всех направлениях.

Классический механизм S_N2 (слева). В «карусельном» механизме S_N2 (справа), из-за столкновения с хлоридом метилйодид начинает вращение вокруг массивного атома йода. Хлорид замещает йодид после завершения кругового движения. (Рисунок из Science, 2008, 319, 183)

Широкий угол рассеяния продуктов позволил предположить, что образующийся промежуточный комплекс до разрушения успевает совершить несколько вращательных движений. Для подтверждения этой догадки группа Билла Хазе (Bill Hase) из Технического Университета Техаса провела расчеты, обнаружив, что лишь малая часть кинетической энергии затрачивается на колебания молекулы, а большая ее часть расходуется на вращение (исследователи назвали этот механизм каруселью – «roundabout»). Таким образом, динамика реакции S_N2 на атомном уровне оказывается гораздо более сложной, чем предполагалось ранее.

Источник: Science, 2008, 319, 183 (DOI: 10.1126/science.1150238)

метки статьи: #органическая химия, #физическая химия