英文原题：E2/SN2 Selectivity Driven by Reaction Dynamics. Insight into Halogen Bonding
通讯作者：张家旭， 哈尔滨工业大学； 杨丽，哈尔滨工业大学
作者：Siwei Zhao（赵思魏）, Hongyi Wang（王弘毅）, Gang Fu（付钢）, Wenqing Zhen（甄文清）, Meiling Liu（刘美玲）, Li Yang*（杨丽）, Jiaxu Zhang（张家旭）
研究背景：
双分子亲核取代（SN2）和消除（E2）作为有机化学中两类基本反应，在材料和药物合成等领域发挥着重要的作用。E2和SN2常作为彼此的副反应发生，强烈影响反应进程和产出（图1）。其相互竞争引起科学家的广泛关注，成为前沿热点课题。
图 1. X- + EtY E2和SN2反应通道
EtY (Y = Cl, I)与氟离子的E2/SN2反应体系势能面结构十分相近，预示体系具有相似的反应动力学。然而交叉分子束实验却发现二者呈现不同的散射特征：当离去基团由Cl变为I时，产物离子速率分布会由前后对称转变为倾向于前向和边向散射。这是否意味着两个反应体系具有不同的E2/SN2选择性？是什么因素影响了竞争反应，微观反应机理是怎样的？为理解这些问题我们开展了动力学模拟。
内容介绍：
近日，哈尔滨工业大学张家旭和杨丽教授在Precision Chemistry上发表了卤-卤间相互作用驱动的E2/SN2竞争选择性的动力学模拟研究。模拟再现了实验测定的速率散射角分布（图2），并发现动力学因素使得F− + EtY（Y = Cl, I）体系均由E2通道主导，但当离去基团由Cl变为I，E2变得更加竞争，分支比增大约10%，而SN2通道则被抑制（图3）。模拟揭示入口通道处碱基F−与卤原子Y之间的卤键相互作用对竞争起到了至关重要的作用（图4）。与EtCl体系相比，EtI的卤-卤间相互作用更强，离去基团附近的静电势更正，可以帮助底物吸引和捕获碱基，有助于其从侧面提取β-H，增强E2反应的竞争力（图5）。
图2. 速率散射角分布
图3. 反应机理分支比。直接反应通过弹回（DR）和剥离（DS）机理进行，间接反应通过形成复合物（Pre）和迂回机理（RA）发生。
图4. F− + EtY [Y = Cl（左）和I（右）]入口通道相互作用势及底物分子静电势（插图）
图5. F− + EtI直接剥夺（DS）E2反应轨线
总结/展望：
本研究工作表明反应入口通道的卤-卤间相互作用能够改变原子反应动力学行为，影响E2/SN2竞争，解释了离去基团的变化导致不同散射特征的实验现象，为有机合成及生物化学等复杂体系的研究提供理论基础。后续工作将在此基础上考虑外加电场、溶剂效应以及pH值等的影响，以期获得调控E2/SN2竞争的新见解。
Cite this: Zhao,S.; Wang, H.; Fu, G.; Zhen, W.; Liu, M.; Yang, L.; Zhang, J. E2/SN2 Selectivity Driven by Reaction Dynamics. Insight into Halogen Bonding. Precision Chemistry 2023, 1, 8, 507–515 https://doi.org/10.1021/prechem.3c00053.