Substituție nucleofilă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În chimie înțelegem prin substituție nucleofilă o reacție de substituție în care un nucleofil înlocuiește un alt nucleofil dintr-o moleculă (care ia numele de grup părăsit ).

Reacția poate fi rezumată după cum urmează: [1]

in care:

În practică, există înlocuirea, în molecula R-Nuc2, a grupului -Nuc2 cu grupul -Nuc1. Dacă Nuc1 este solventul în care se efectuează reacția, vorbim de solvoliză . [2]

Tipuri de substituții nucleofile

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: înlocuirea nucleofilă alifatică și substituția nucleofilă aromatică .

În funcție de ordinea cinetică a reacției , reacțiile de substituție nucleofilă sunt împărțite în:

  • S N 1 (Molecularitatea reacției egală cu 1)
  • S N 2 (Molecularitatea reacției egală cu 2).

Viteza de reacție Și , corespunzând respectiv S N 1 și S N 2, sunt (referindu-se la reacția generică menționată anterior):

[3]
[4]

unde este indică concentrația nucleofilului reactant e indică concentrația substratului.

Y N 1

Mecanismul S N 1

Mecanismul acestei reacții implică o fază inițială lentă în care grupul părăsit dobândește doi electroni din legătura cu atomul de carbon și părăsește molecula sub forma unui ion negativ sau a unei specii neutre. Se formează astfel o carbocație , care pentru ca reacția să aibă succes trebuie stabilizată de grupurile înconjurătoare. În acest moment, atacul asupra atomului de carbon este ușor pentru nucleofil; din acest motiv, concentrația sa în soluție nu se încadrează în formula pentru viteza de reacție.

Trebuie remarcat faptul că, deoarece substanța nucleofilă poate ataca carbocația din ambele direcții, produsul va fi un racem al celor doi enantiomeri posibili, așa cum este ilustrat în figură.

Y N 2

Mecanismul S N 2

Reacția S N 2, pe de altă parte, implică atacul nucleofilului simultan cu ruperea legăturii dintre atomul de carbon și grupul părăsit. Această reacție urmează un mecanism concertat , prin urmare trece printr-o stare de tranziție pentacoordonată spre deosebire de reacțiile SN1 care trec printr-un intermediar de carbocație. Cinetica reacției este de ordinul doi, deoarece aceasta din urmă va depinde atât de concentrația substratului, cât și de cea a nucleofilului, etapa lentă a reacției este cea care duce la starea de tranziție.

Trebuie remarcat faptul că, spre deosebire de mecanismul S N 1, S N 2 asigură inversarea moleculei, formând astfel doar unul dintre cei doi enantiomeri .


Mecanisme limită

Deși este obișnuit să se diferențieze substituțiile nucleofile în cele două moduri descrise mai sus, spectrul reacțiilor cu care se produce substituția este mult mai larg, iar S N 1 și S N 2 sunt doar extremele sale: atunci când substratul (RX) este un contact cu solventul și începe separarea dintre R + și X - se formează o pereche intimă de ioni . În timp, solventul se infiltrează între cei doi ioni până când cei doi ioni sunt complet separați. Când nucleofilul atacă rapid perechea intimă de ioni , se observă un mecanism a cărui viteză de reacție este efectivă cea a lui S N 1, dar produsul obținut este tipic unui S N 2, deci nu racemic. De fapt, are loc o racemizare parțială: produsul cu o configurație inversată este format într-o măsură mai mare, deoarece grupul care pleacă este într-o poziție astfel încât să blocheze apropierea nucleofilului din partea frontală a carbocației. Viteza de formare a perechii de ioni și, în consecință, cea a reacției sunt parametri care depind de mediul de reacție în sine și de cei doi reactanți.

Substituție nucleofilă alifatică și aromatică

În funcție de tipul de substrat implicat, reacțiile de substituție nucleofilă pot fi împărțite în:

Notă

  1. ^ Solomons , p. 164 .
  2. ^ Solomons , p. 176 .
  3. ^ Solomons , p. 172 .
  4. ^ Solomons , p. 168 .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității GND ( DE ) 4271538-6
Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei