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6.7 : SN2 反応: 反応速度論

動態研究と意義

化学反応において、反応物質の濃度と反応の進行速度間の関係が存在します。 この関係を測定する研究は、化学反応の反応速度論として知られています。 速度論的研究は、化学反応の速度則を推定するために使用され、律速段階の遷移状態中に関与する種に関する情報を得る事ができます。 これにより速度論的研究は、反応のメカニズムを導き出すのに役立ちます。

動力学の研究: 速度を測定するには?

化学反応は、一定の温度、圧力、溶媒のもとで一定の速度で進行します。 反応速度は実験的にのみ確認できます。 そうするために、反応物が消失する速度、または反応混合物中に生成物が現れる速度が測定されます。 特定の時間間隔で、反応混合物からアリコートが採取され、反応物または形成された生成物の濃度が分析されます。 さらに、温度と溶媒条件を同じに保ちながら、反応の初期濃度を変化させて、反応速度への影響を観察します。

求核置換反応と反応速度論

1930 年代、英国の化学者サー クリストファー インゴールドとエドワード D. ヒューズは、求核置換反応の考えられる機構を理解するために、さまざまな置換反応の速度論を研究しました。 彼らは、ハロゲン化アルキルの求核置換反応が、1 段階または 2 段階の 2 つの考えられるメカニズムによって進行することを観察しました。

クロロメタンや水酸化ナトリウムなどの特定の反応の場合、反応速度は求核剤とハロゲン化アルキルの両方の濃度に依存します。 具体的には、いずれかの反応物の濃度が 2 倍になると、反応速度が 2 倍になることが観察されました。 さらに、表 1 に示すように、両方の反応物の濃度が 2 倍になると、速度は 4 倍に増加しました。

表 1. 60 °C でのクロロメタンと水酸化物イオンの反応速度研究

実験番号 イニシャル

     [CH3Cl]     

イニシャル

     [HO]    

初期レート

(mol L1s−1)

1 0.0010 1.0 4.9 × 10⁻7
2 0.0020 1.0 9.8 × 10⁻7
3 0.0010 2.0 9.8 × 10⁻7
4 0.0020 2.0 19.6 × 10⁻7

したがって、速度方程式は次のようになります。

速度 ∝ [CH3Cl][HO−]

これは、速度が各反応物の濃度に関しては 1 次であり、全体としては 2 次であることを示しています。

SN2 の反応と速度論

  • 上記の反応速度論は、置換が起こるためには求核試薬とハロゲン化アルキルが単一ステップで衝突して生成物を形成することを示唆しています。
  • このような反応の分子性は、2 つの種が律速段階に関与しているため、二分子であると言われます。
  • したがって、クロロメタンと水酸化ナトリウムの反応は SN2 反応であり、S は置換、N は求核、2 は二分子反応を表します。

タグ

SN2 ReactionKineticsReactantsRateRate LawTransition StateMechanismTemperaturePressureSolventExperimentallyReactantsProductsConcentrationNucleophilic Substitution Reactions

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