Atomistic dynamics of elimination and substitution driven by entrance channel

SN2反应 化学 氢氧化物 分子动力学 卤化物 计算化学 离子 氟化物 化学物理 分子 消除反应 烷基 SN1反应 反应机理 化学反应 无机化学 有机化学 催化作用 亲核细胞
作者
Li Yang,Siwei Zhao,Hongyi Wang,Gang Fu,Wenqing Zhen,Xiang Bai,Jiaxu Zhang
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:162 (2) 被引量:4
标识
DOI:10.1063/5.0245151
摘要

E2 elimination and SN2 substitution reactions are of central importance in preparative organic synthesis due to their stereospecificity. Herein, atomistic dynamics of a prototype reaction of ethyl chloride with hydroxide ion are uncovered that show strikingly distinct features from the case with fluoride anion. Chemical dynamics simulations reproduce the experimental reaction rate and reveal that the E2 proceeding through a direct elimination mechanism dominates over SN2 for the hydroxide ion reaction. This unexpected finding of a pronounced contribution of direct reaction dynamics, even at a near-thermal energy, is in strong contrast to the complex-mediated indirect mechanism for the fluoride case that characterizes the low-energy ion-molecule reactions. The entrance channel structures are found to be crucial and the differences are attributed to subtle changes in the hydrogen-bonding interaction of the approaching reactants. This effect presents in E2/SN2 reactions of different bases and alkyl halides and might play a role in complex chemical networks and environments.

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