Abstract
The gas-phase S_N2$ reactions can be classified into neutral bimolecular, solvated, and ionic reactions; the neutral bimolecular reaction proceeds via retention mechanism whereas the ionic reaction produces inversion products. In the reaction of solvated nucleophile with one solvent molecule, a six-center transition state (TS) is formed and the two processes i.e., retention and inversion, are found to compete with a favored path depending on the electronic effect of the nucleophile and substituents in the substrate and on the steric requirement. In the ionic reaction, the difference in the energy barrier between the two processes reduces to a small value when the substrate methyl group is made bulky, leaving ability of the leaving group is improved and at the same time the negative charge of the nucleophile is dispersed. When the reaction center atom in the $S_N2$ reaction is changed to a larger sized second row elements, the activation barrier decreases since the steric crowding in the penta-coordinated TS is relieved. However within the same row, the barrier was found to increase as the atomic size decreased. For the boron, B, the barrier height was the least since in addition to the relatively large atomic size compared to C and N, it forms tetra-coordinated TS so that the steric crowding becomes nearly negligible.
기체상 $S_N2$ 반응의 형태는 중성 2분자반응, 용매화반응, 이온반응 등으로 나눌 수 있으며, 메카니즘적으로 중성 2분자 반응은 retention 생성물을 만들며 이온반응은 inversion 생성물을 만든다. 한편 용매인 물 한 분자에 의하여 6- 중심 건이상태를 거치는 용매화반응의 경우는 친핵체(또는 이탈기)및 치환기에 의한 전자효과와 입체효과에 따라 두 생성물이 경쟁적으로 만들어진다. 여기에서 얻어진 결과를 이용하여 이온반응의 경우, 중앙 methly group을 매우 bulky 하게 하고 이탈기 능력을 크게 해줌과 동시에 음이온인 친핵체의 하전을 분산시켰을 때 inversion과 retention TS 사이의 에너지 차이가 아주 작게 나타났다. $S_N2$ 반응의 반응중심을 보다 더 큰 2주기 원소로 바꾸었을 때, 5가의 전이상태에 미치는 입체장애가 작아지므로 활성화에너지 장벽이 낮아진다. 반면, 같은 주기에서 원자의 크기가 작아지면 에너지 장벽은 올라간다. B원자의 경우 에너지 장벽이 가장 낮은데, 그것은 C와 N 원자보다도 더 크며 또한 4가의 전이상태를 이루므로 입체장애가 거의 무시되기 때문이다.
