Влияние на протекание реакции строение субстрата.

Для того чтобы выяснить возможность перехода от одного механизма реакции к другому, необходимо рассмотреть влияние как электронных, так и стерических факторов на переходное состояние. В случае, если атака осуществляется по механизму S_N2, можно ожидать, что возрастание индуктивного эффекта по мере увеличения числа метальных групп должно приводить к постепенному уменьшению положительного заряда на атоме углерода, связанном с галогеном, и, следовательно, к затруднению атаки этого атома нуклеофилом.

Этот эффект выражен не очень сильно, вследствие чего наиболее важную роль должны играть стерические факторы. Этим можно объяснить тот факт, что по мере увеличения объема заместителей у атома углерода, связанного с галогеном, возможность атаки этого атома углерода нуклеофилами существенно затрудняется. Кроме того, следует иметь в виду, что при атаке по механизму S_N2 этот атом углерода окружен в переходном состоянии пятью группами (в отличие от молекул исходного галогенида, в которых его окружают только четыре группы), поэтому чем больше объем трех заместителей в исходном галогениде (не считая атома галогена), тем им должно быть более тесно в переходном состоянии и тем, следовательно, неохотнее будет происходить образование этого состояния.

Очевидно, что плоскостное расположение стерически наиболее выгодно, поскольку три заместителя располагаются при этом на максимальных расстояниях один от другого (ср. с четырьмя заместителями в исходном галогениде и с пятью заместителями в переходном состоянии при механизме S_N2). Понятно, что преимущество такого расположения будет проявляться тем в большей степени, чем больше объем заместителей.

В зависимости от строения субстрата реакционная способность галогеналканов в реакциях S_N2 поэтому уменьшается в ряду:

галогенметаны > первичные галогеналканы > вторичные галогеналканы >> третичные галогеналканы

Реакции S_N2 с участием аллил- и бензилгалогенидов ускоряются вследствие стабилизации переходного состояния, достигаемой сопряжением π-связи (или π-электронного облака бензольного кольца) с p-орбиталью, формирующейся на атоме углерода в переходном состоянии. Этот эффект сопряжения понижает энергию активации реакции S_N2 и тем самым увеличивает ее скорость.

Очень интересным примером влияния строения на реакционную способность галогенпроизводных может служить 1-бром-триптицен II:

Атом брома в этом соединении совершенно инертен по отношению к действию нуклеофильных агентов. Атака «сзади» по механизму S_N2 затруднена стерическими факторами, поскольку молекула имеет форму клетки, а для образования переходного состояния, в котором с атомом углерода должны быть связаны три замещающие группы, требуется, чтобы эти группы прошли через копланарное расположение, что невозможно, так как атом углерода жестко связан со стоящими при нем заместителями.

Ниже даны количественные оценки относительной реакционной способности различных галогеналканов в реакциях вида:

Относительные скорости реакций S_N2 галогеналканов R-X [4]: