今回はSn1, Sn2, E1, E2 reaction とは？という話をしていきたいと思います。有機化学をやるうえで誰でも学ぶ基本的な話なので一緒に勉強していきましょう^^
Sn reaction
まずはSn1 & Sn2 reaction です。Sn のS はsubstitution でN はnucleophilic の意味です。1は1つの分子が2は2つの分子がrate-determing step（律速段階）にかかわっているということです。反応機構が異なるのでブロモメタンと水酸化物イオンの反応を例にみていきましょう。
Sn2 reacction
まずはSn2 reaction です。上の図でわかるように2つの分子がrate-determing step にかかわります。ここではBr-C の結合の分裂とO-C の結合の生成が同時に起き、それが律速段階です。ゆえに反応速度は水酸化物イオンとブロモメタンの2つ濃度に依存します。ここで忘れていけないのは、nucleophile（水酸化物イオン）はleaving group（Br）の反対側から炭素に近づくということです。これにより立体反転がおこります。今回はブロモメタンがキラル体ではないので重要ではないですが、キラル体でSn2 reaction を考えるときには気を付けましょう。なぜnucleophile がleaving group の反対側から近づくのかは、ここでは省略します。
Sn1 reaction
次はSn1 reaction です。まずはBr-C の結合が分裂し中間体としてcarbocation が生成、そしてO-C の結合が生成します。律速段階はBr-C の結合が分裂する段階であり、よって反応速度はブロモメタンにのみ依存します。律速段階には1つの分子しかかかわっていませんね。またもうひとつSn2 reaction と異なることは、nucleophile（水酸化物イオン）が図のように両サイドから結合しうる点です。これによりキラル体が反応物であっても生成物は”ほぼ”完璧なラセミ体となります。なぜほぼなのかはここでは省略します。
E reaction
次にE1 & E2 reaction です。E はelimination の略で、1 & 2の意味はSn reaction と同じ上で説明したものと同じです。一緒に反応機構を追っていきましょう。
E2 reaction
まずはE2 reaction です。Sn2 reaction 同様にthe rate-determing step で2つの分子が同時に反応します。反応機構をみていくと、まずNucleophile の酢酸イオンがHに攻撃します。このHはleaving group のBr に対してβ炭素に結合するHです。それと同時にC-H 間の電子がC-C 間へ移動、C-Br 間の電子がBr に移動して終了です。留意するべき点が2点あります。1点目は脱離（elimination）が起こるときnuclephile が攻撃する原子とleaving group の位置関係がanti & coplanar の関係にあるということです。日本語で何というのかわからないのですが、同平面上（coplanar）で逆（anti）の関係にあるという意味です。なぜこの関係であると良いのかも今回は省略させていただきます。これにより今回の場合だとtrans が選択的に生成されます。2点目は脱離にかかわるH はどれかということです。先にβ炭素のH と言いましたが、β炭素は今回2つ存在します。それぞれで脱離反応を考えると下のようになります。
図にあるようにtrans-2-Butene が主要の生成物です。この選択制は生成物であるアルケンの安定性に起因します。アルケンはC=C により多くの置換基が結合しているほど安定性が増すとなっています。この理由もここでは省きます。よって置換基が2つのtrans-2-Butene の方が安定だということでmajor product になります。
E1 reaction
最後にE1 reaction です。こっちはrate-determing step に1つの分子だけがかかわっているんでしたね。今回の場合反応速度は2-Bromo-2-methylpropane の濃度にのみ依存します。反応機構はSn1 reaction と少し似ていますね。まずleaving group のBrとCの結合が分断しcarbocation が生成します。そしてnucleophile の酢酸イオンがβ炭素に結合しているＨに攻撃しアルケンが生成して終わりです。ここでも最も安定なアルケンがmajor product になります。
さいごに
今回はSn1, Sn2, E1 & E2 reaction について基本的な部分について話しました。結構説明を省いたところがあったので後々それらについても触れていきたいと思います。
また、読んでいて日本語と英語が混在して読みにくかった方もいらっしゃったと思うのですが、僕が使っている教科書が英語ですのでたまに慣れている英語表記で書いてしまっている次第です。特に名詞は日本語で何と言うのかわからない場合があるので正しくない表現を使っているかもしれないのでそこもご了承ください。まぁ内容の確認程度に大きな目で読んでいただけると幸いです。
では^^
