SN2반응이 극성 비양성자성 용매에서 더 잘 진행되는 이유는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 친핵체는 극성 양성자성 용매에 더 잘 용해될 수 있을 것 같은데, SN2반응이 극성 비양성자성 용매에서 더 잘 진행되는 이유는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 친핵체는 전자쌍을 가지고 있기 때문에 용매와의 상호작용에 크게 영향을 받습니다. 우선 SN2 반응은 단일 단계 반응으로, 친핵체가 기질의 전자를 끌어당기는 탄소를 후면 공격 하는 동시에, 이탈기가 나가면서 진행되는데요 따라서 친핵체가 얼마나 자유롭게, 빠르게 기질을 공격할 수 있는가가 반응 속도를 결정하는 핵심 요인입니다. 이때 물이나 에탄올과 같은 극성 양성자성 용매는 O–H 결합의 수소가 부분 양전하를 띠고 있어 수소 결합을 형성할 수 있는데요, 이로 인해 음전하를 띤 친핵체는 이 수소 결합에 강하게 둘러싸여 용매 껍질을 형성하게 됩니다. 이렇게 친핵체가 단단히 포위되면, 기질을 공격하기 위해 껍질을 벗어나는 데 추가적인 에너지가 필요하므로 반응 속도가 느려지는데요 즉, 친핵체가 갇혀서 제 역할을 제대로 못하게 되는 것입니다. 반면에 DMF나 아세톤과 같은 극성 비양성자성 용매는 수소 결합을 제공할 수 있는 –OH 같은 그룹이 없어서, 친핵체를 강하게 둘러싸지 않는데요, 따라서 음전하를 띤 친핵체는 상대적으로 자유롭게 존재하게 되고, 기질의 탄소를 더 쉽게, 더 빠르게 공격할 수 있습니다. 결과적으로 SN2 반응 속도가 극성 양성자성 용매에 비해 크게 증가하게 됩니다. 감사합니다.