SN2反応の脱離基と求核剤について教えてください。

質問

私は高校3年生で、独学で有機化学を勉強しているものです。
SN2反応における脱離基と求核試薬についての質問です。

まず、求核剤の強さとは電気陰性度の減少する方向（電子を相手に渡しやすい）に強くなる、つまりハロゲン化イオンであるなら、I->Br->Cl->F-の順になることは理解できます。

一方、脱離基としての優劣はその対応する酸が強酸であるかどうかということなので（以下にHXがH+とX-になりやすいか）、これもI->Br->Cl->>F-となることは理解できます。

私が疑問に思ったのはここからです。たとえばCH3BrにI-が求核攻撃を行い、I…CH3…Brという遷移状態になります。参考書ではここではBrが抜けていますが、Brが抜けると先ほどの脱離基としての優劣に逆らってしまうのではないでしょうか？
そもそも、I-は「強い求核性を持ち、優れた脱離基」でというところに強い矛盾を感じます。

ネットで探しても「溶媒で変わる」とありますが、溶媒でどう変わるのかも分かりません。

どなたか私にも分かりやすいようにご説明をお願いします。
よろしくお願いします。

回答No.2

noname#62864 · ベストアンサー

『I-は「強い求核性を持ち、優れた脱離基」で』というところは次のように理解して下さい。
CH3Brは強い求核性をもつI-と反応する。生じたCH3IはIが優れた脱離基であるために、CH3Brよりも反応性が高い。
しかしながらその反応の相手となるのは、Br-ではなく、求核性の大きいI-であるので、生じるのはCH3Iであり、結果的に正味の変化はない。もちろん、反応の前後で別のヨウ素原子がCH3にくっついている。
同様にして、その時点で反応していないCH3Brも最終的にはCH3Iになる。
・・・ということで矛盾しませんよね？

溶媒云々は下記のとおりです。NaIはアセトンに溶けるがNaBrは溶けない。
したがって、CH3BrなどにNaIのアセトン溶液を加えれば、CH3Iが生じ、NaBrの沈殿が生じる。沈殿というのは、反応系外に存在すると考えるので、反応溶液の化学平衡は沈殿の生じる方向に一方的に移動する。したがって、CH3BrとCH3Iのどちらが生じるかということを心配しなくて済むのでわかりやすいということです。

しかしながら、わかりやすいかどうかに関わりなく、前半で述べたようにCH3Iが優先的に生じますので、アセトンを使うメリットというのは、反応の進行が視覚的にわかりやすいとか、ろ過することによって容易にNaBrを除けると言ったような、操作上の利点ということになると思います。それが拡大解釈されたということもあるでしょう。

お礼

なるほど、生じたCH3IはBr-ではなくI-によって攻撃を受けるわけですね！
納得しました。
また、溶媒についての議論は単純に操作上の利点だったわけですね！

とてもわかりやすい説明、ありがとうございました。

回答No.1

noname#160321

難しい問題でお悩みですね。博士課程前期の学生さんでも十分説明できません。
>求核剤の強さとは電気陰性度の減少する方向（電子を相手に渡しやすい）に強くなる…
これも「必ずしも正しくない」のです。
>脱離基としての優劣はその対応する酸が強酸であるかどうかということなので…
こっちの方はかなり信頼できます。
１.解離する結合と生ずる結合の「結合強度」の問題。
例えばＣ-Ｆ結合は容易には切れません。
２.soft-hard acid and base の問題。
ヨウ素はソフトでフッ素は非常にハード、原子/イオンの大きさと荷電の関係で「分極」が起き易いか否か決まります。
溶媒もソフト/ハードがあり、対イオンもソフト/ハードがあります。
ソフト/ハードの問題は難しいですが知っていると非常に役立つので、調べてみて下さい。

お礼

回答ありがとうございます！
HSAB理論のことですね！参考書でチラっと見た気がしますので、
もう少し復習してみようと思います。

ありがとうございました。