Фундаментальный для органической химии механизм нуклеофильного замещения может оказаться сложнее, чем описано в учебниках.
Реакция бимолекулярного нуклеофильного замещения SN2 является одностадийным синхронным процессом. Однако международный коллектив исследователей из Германии и США с помощью метода скрещенных пучков [crossed-beam] и компьютерных расчетов показал, что такие реакции могут быть сложнее, чем считалось ранее.
Группа Роланда Вестера (Roland Wester) из Фрайбурга исследовала динамику классической реакции SN2 CH3I + Cl– = CH3Cl + I– в газовой фазе. Они следили за столкновением противонаправленных пучков нейтральных молекул CH3I и хлорид-ионов в вакууме, детектируя скорости и углы рассеяния продуктов реакций. При большей скорости частиц в пучке продукты рассеиваются практически в одном направлении, что ожидается в соответствии с представлением о синхронном механизме. Медленная скорость пучков исходных частиц приводит к тому, что продукты нуклеофильного замещения рассеиваются практически во всех направлениях.
Широкий угол рассеяния продуктов позволил предположить, что образующийся промежуточный комплекс до разрушения успевает совершить несколько вращательных движений. Для подтверждения этой догадки группа Билла Хазе (Bill Hase) из Технического Университета Техаса провела расчеты, обнаружив, что лишь малая часть кинетической энергии затрачивается на колебания молекулы, а большая ее часть расходуется на вращение (исследователи назвали этот механизм каруселью – «roundabout»). Таким образом, динамика реакции SN2 на атомном уровне оказывается гораздо более сложной, чем предполагалось ранее.
