How Solvation Influences the SN2 versus E2 Competition

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作者
Thomas Hansen,Jasper C. Roozee,F. Matthias Bickelhaupt,Trevor A. Hamlin
出处
期刊:Journal of Organic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:87 (3): 1805-1813 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acs.joc.1c02354
摘要

We have quantum chemically investigated how solvation influences the competition between the SN2 and E2 pathways of the model F- + C2H5Cl reaction. The system is solvated in a stepwise manner by going from the gas phase, then via microsolvation of one to three explicit solvent molecules, then last to bulk solvation using relativistic density functional theory at (COSMO)-ZORA-OLYP/QZ4P. We explain how and why the mechanistic pathway of the system shifts from E2 in the gas phase to SN2 upon strong solvation of the Lewis base (i.e., nucleophile/protophile). The E2 pathway is preferred under weak solvation of the system by dichloromethane, whereas a switch in reactivity from E2 to SN2 is observed under strong solvation by water. Our activation strain and Kohn-Sham molecular orbital analyses reveal that solvation of the Lewis base has a significant impact on the strength of the Lewis base. We show how strong solvation furnishes a weaker Lewis base that is unable to overcome the high characteristic distortivity associated with the E2 pathway, and thus the SN2 pathway becomes viable.
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