ベストアンサー
を区別する方法SN1、SN2、E1、およびE2反応を順番に実行した後、
置換反応と脱離反応の両方がハロゲン化アルキル（および関連種）で発生します
さまざまな求核剤/塩基を使用して置換と脱離を実行できます反応
置換反応および脱離反応にはさまざまな溶媒を使用できます
また、脱離基や温度などの要因の重要性を測定する必要があります。
これは考えるべき多くの異なる要因です。遭遇する可能性のある状況の例をいくつか見てみましょう。
これは、多くの場合、有機化学の最も難しい部分の1つです。新入生：複数の（そしてしばしば矛盾する）要因をどのように比較検討するか？どの要素が最も重要であるかをどうやって知るのですか？ベース、基板、温度、溶剤に注意を払っていますか？このような問題をどのように分類しますか？私が以前書いたように、SN1 / SN2 / E1 / E2を決定することは、プロのベッターが特定の夜にどのスポーツチームが勝つかを評価する方法と完全に異なりません（良い防御は良い攻撃を打ち負かしますか？コーチングはどれほど重要ですか？どのように最近のパフォーマンスは重要ですか？）。
この投稿と次のいくつかでは、反応がSN1 / SN2 / E1 / E2を介して進行するかどうかを評価する方法について1つの考え方を説明します。 100％絶対確実*ではありませんが、私たちの目的には十分なフレームワークです。それを80/20ガイドラインのセットと考えてください。私はこれを次のように呼んでいます：
SN1 / SN2 / E1 / E2を決定するためのクイックN ダーティガイド、パート1
それは質問をすることから始まります。重要度の高い順に、次のように考えます。
基質
求核試薬/塩基
溶媒
温度
これは、私が（少なくとも最初は）物事を「中に」支配するのではなく、物事を排除する傾向があるアプローチでもあります。言い換えれば、どのオプションが可能かを決定するのではなく、どのオプションが不可能かを決定しようとします。微妙な違いですが、貴重な違いです。リストから特定の反応を超えたら、どの反応が反応条件と最も一致するかを自問し始めることができます。
覚えておいてください：これは「QuickN’Dirty」ガイドです。いくつかの例外があります！ （下部にあるものについて詳しく説明します）
これら4つの質問のそれぞれについて具体的に説明する前に、上記のような状況で尋ねることができる最も重要な質問から始めましょう。
反応を評価する上で最も重要なステップは、最初に「この分子にはどのような種類の官能基が存在するか」を自問することです。これは、官能基の種類によって、発生する可能性のある反応の種類が決まるためです。上記の質問では、すべての出発物質がハロゲン化アルキルまたはアルコールであることに注意してください。これらの基質は置換/脱離反応が可能です。他の多くの反応タイプ（追加など）はそうではありません。
質問1：基質
ハロゲン化アルキル/アルコールを調べていることを考えると、私たちがSN1 / SN2 / E1 / E2を評価する必要があります。次のステップは、扱っているハロゲン化アルキルの種類を特定することです。
最良の脱離基を含む炭素を調べます。通常、これはCl、Br、I、または適切な脱離基として機能できる他のグループです。
自問してください：この炭素は一次、二次、または三次ですか？
何を考えればSN1、SN2、E1、およびE2反応について知っているので、次のように言うことができます。
SN2反応の「大きな障壁」は、立体障害です。 SN2反応の速度は一次>二次>三次
SN1およびE1反応の「大きな障壁」は、カルボカチオンの安定性です。 SN1およびE1反応の速度は、3次> 2次> 1次の順に進行します。
E2反応自体には「大きな障壁」はありません（ただし、後で立体化学について心配する必要があります）
では、これらの各反応についてわかっていることを適用して、決定を簡素化するにはどうすればよいでしょうか？
Quick NDirty Rule＃1：基質が一次である場合、SN1とE1、一次カルボカチオンが不安定であるため*（例外については以下を参照）。まだE2を完全に除外することはできませんが、豆をこぼして、tert-ブトキシドイオン（カリウムt-ブトキシドなど）などの非常に立体障害のある（「かさばる」）基質を使用しない限り、ほぼ確実にSN2になると言いますKOtBu）。
Quick NDirty Rule＃2：基質が三次である場合、三次炭素は非常に立体障害があるため、SN2を除外できます。
基質が二次である場合、（まだ）何も除外することはできません。
ご覧のとおり、私たちが入手した情報に基づいていますこれまでのところ、SN1 / SN2 / E1 / E2について決定的な決定を下すことはできません。最終決定を下す前に、他のいくつかの要因を検討する必要があります。次に、求核試薬/塩基の役割を評価します。
次の投稿：求核試薬の役割
—————-クイックアンドダーティガイドの終わり、パート1 ————————–
注：基板に関する最後の警告：SN1 / SN2 / E1 / E2反応は、ハロゲン化アルケニルまたはアルキニルでは発生しない傾向があります。したがって、以下の基質の1つを見ると、反応が起こらない可能性が高いです。
なぜアルケニルとアルキニルハライドはとても悪いですか？さて、SN1、SN2、およびE1メカニズムはすべて、脱離基を有する炭素上にかなりの正電荷の蓄積を伴い、sp2およびsp混成カルボカチオンの安定性はsp3混成カルボカチオンの安定性よりもはるかに低い[同じ理由でspおよびsp2アニオンはsp3カルバニオンよりも安定しています！]。
アルケンのCH結合が強いため、E2反応もより困難です。 [ハロゲン化アルケニルで発生する可能性のあるE2の例が1つあることは後でわかりますが、非常にまれであることに変わりはありません！]
——————例外———— –
*よく出てくる質問の1つは、これです。例外はありますか？ 「立体障害」と「カルボカチオン安定性」の2つのテーマを念頭に置くと、特に立体障害のある第一級ハロゲン化アルキル、または特に安定した第一級カルボカチオンを持つことができるエッジケースがあります。
たとえば、以下のハロゲン化アルキル（「塩化ネオペンチル」）は確かに第一級ですが、第一級ハロゲン化アルキルに隣接する炭素に非常に密集しているため、SN2反応では本質的に不活性です。 SN1 / E1側では、下のハロゲン化アリルは一次的ですが、結果として生じるカルボカチオンが共鳴によって安定化されるため、SN1 / E1反応を受ける可能性があります。各反応の「大きな障壁」を念頭に置いている限り、問題はありません。
回答
SN2、SN1、E2、およびE1：
置換および脱離反応
ここでは
SN1-求核置換 単分子 反応
SN2-求核置換 二分子 反応
E1-除去 単分子 反応
E2-脱離 二分子 反応
いくつかの重要な事実：
•求核性置換反応（SN2およびSN1）は、離脱基を求核性物質（Nu：またはNu ：-）に置き換えます
•脱離反応（E2およびE1 ） “の損失によって二重結合を生成しますA + “と” B：-“
•互いに競合する可能性があります
求核置換反応-SN2反応：
•反応は：
- 立体特異的（構成のヴァルデン反転）
- 共反応-すべての結合が同時に形成および切断される
- 二分子-速度は求核試薬と基質の両方の濃度に依存します
•基質：
- 一次の場合に最適（炭素含有脱離基の1つの置換基）
- 二次の場合は機能し、三次の場合は失敗します
•求核試薬：
- 反応性が高い場合に最適（つまり、より陰イオン性またはより基本的。
脱離基：
- より安定している場合に最適（つまり、負の電荷をうまくサポートできます）：
- TsO-（非常に良い）> I-> Br-> Cl-> F-（悪い）
- RF、ROH、ROR、 RNH2はSN2反応の基質にはなりません
- 二重結合炭素上の脱離基がSN2反応に置き換わることはありません
溶媒：極性求核試薬（つまりOHなし）が最適です。
- たとえば、ジメチルスルホキシド（CH3SOCH3）、ジメチルホルムアミド
（HCON（CH3） 2）、アセトニトリル（CH3CN）。
- プロトン性溶媒（H2OやROHなど）は、水素結合によって求核試薬を不活性化しますが、場合によっては使用できます。
求核置換反応– SN1反応：
•反応は次のとおりです。
- 非立体特異的（求核試薬による攻撃は両側から発生します）
- 非c認定済み-カルボカチオン中間体を含む
- 単分子-速度は基質のみの濃度に依存します
•基質：
- グループが離れるときに、三次または共役（ベンジルまたはアリル）カルボカチオンを形成できる場合に最適
- 一次ではない
• 求核試薬：
- 反応性が高い場合に最適（つまり、より陰イオン的またはより基本的）
•脱離基：
- SN2と同じ
- より安定している場合に最適（つまり、負の電荷を十分にサポートできます）
- 例：TsO-（非常に良い）> I-> Br-> Cl-> F-（悪い）
- ただし、3次またはアリルROHまたはROR “は、強酸性条件下で反応して、OHまたはORを置き換えることができます
•溶媒：
- SN2と同じ
- 極性アプロティック（つまりOHなし）が最適です
- 例：ジメチルスルホキシド（CH3SOCH3）、ジメチルホルムアミド
（ HCON（CH3）2）、アセトニトリル（CH3CN）。
- プロトン性溶媒（H2OやROHなど）は失活しますが、場合によっては使用できます。
脱離反応-E2反応 ：
•反応は次のとおりです。
- 立体特異的（アンチペリプラナー形状が望ましい、シンペリプラナー形状が可能）
- 協調-すべての結合形成と破壊を同時に行う
- 二分子-速度は塩基と基質の両方の濃度に依存します
- 強いbが好むases
脱離反応– E1反応：
•反応は次のとおりです。
- 非立体特異的-Zaitsev（Saytseff）ルールに従います
- 非共反応-カルボカチオン中間体を含む-三級脱離基に有利
- 単分子-速度は基質のみの濃度に依存します
- ハロゲン化第一級アルキルでは発生しません（脱離グループ）
- 三級または共役カルボカチオンが形成される場合、強酸はH2OまたはORとしてOHの損失を促進する可能性があります。