Reacció SN2

Archiu:Caps block 1 MeS caps block 2 MeI-montage-3D-balls.png

Representació de boles i pals de la reacció S_N2 del MeSH en el MeI.

Archiu:Caps block 3 .png

Estructura de l'estat de transició S_N2.

La reacció S_N2 (coneguda també com a substitució nucleofílica bimolecular o com a atac des d'avant) és un tipo de substitució nucleofílica, a on un parell d'electrons lliures d'un nucleófilo ataca un centre electrofílico i es enllaça a ell, expulsant un atre grup denominat grup eixint. En conseqüència, el grup entrante reemplaça al grup eixint en una etapa. Ya que les dos espècies reaccionantes estan involucrades en esta etapa limitante llenta de la reacció química, açò conduïx al nom de sustitución nucleofílica bimolecular, o S_N2. Entre els químics inorgànics, la reacció S_N2 és coneguda freqüentment com el mecanisme d'intercanvi.

Mecanisme de la reacció

La reacció ocorre més freqüentment en un centre de carbono alifático hibridado en sp³, en un grup eixint estable electronegativo - 'L' - freqüentment un àtom halogenuro. La ruptura de l'enllaç C-L, i la formació del nou enllaç C-Nu succeïx simultàneament per a formar un estat de transició en el que el carbono baix atac nucleofílico està pentacoordinado, en una hibridació aproximadament sp². El nucleófilo ataca al carbono a 180° del grup eixint, ya que açò proporciona el millor traslape entre el parell lliure del nucleófilo, i el orbital antienlazante σ* C-L. El grup eixint és lliberat del costat opost, i es forma el producte.

Si el substrat baix atac nucleofílico és quiral, la reacció conduïx a una inversió de l'estereoquímica, denominada inversió de Walden.

Reacció SN2 del bromoetano en el ion hidròxit. Els productes són etanol i ion bromur.

Reacció S_N2 del bromoetano en el ion hidròxit. Els productes són etanol i ion bromur.

En un eixemple de la reacció S_N2, l'atac del OH⁻ (el nucleófilo) en un bromoetano (el electrófilo) resulta en etanol, en bromur lliberat com el grup eixint.

L'atac S_N2 ocorre si la ruta d'arrere de l'atac no està bloquejada estéricamente per sustituyentes en el substrat. En conseqüència, este mecanisme succeïx usualment en un centre carbono primari descobert. Si hi ha arrimerament estérico en el substrat, prop al grup eixint, tal com un centre carbono terciario, la substitució involucrarà un mecanisme S_N1, en lloc de S_N2 (una S_N1 seria més provable en este cas, degut a que es podria formar un intermediari carbocatiónico suficientment estable).

En química de coordinació, la substitució associativa procedix per mig d'un mecanisme similar al S_N2.

Factors que afecten a la reacció sn2

La basicidad del grup eixint. En comparar la velocitat de reacció S_N2 de composts en àtoms en el mateix grup periòdic (per eixemple, els halogenuros), els resultats mostren que l'habilitat com grup eixint durant una reacció S_N2 depén del seu basicidad. En general, a menor basicidad d'un grup, major és la seua capacitat com a grup eixint. Per eixemple, el ion yodur és una base molt dèbil, i per açò, és un excelent grup eixint. Les bases dèbils no compartixen be les seues electrons, degut a que estan molt llunt del núcleu, lo que fa que els seus enllaços siguen fàcils de trencar. En contrast, el ion fluorur és una base més forta que els atres halogenuros i, en conseqüència, és més difícil que es comporte com a grup eixint. En efecte, el ion fluorur és una base tan forta que els composts que ho contenen essencialment no sofrixen reacció S_N2. Observant la taula periòdica, la basicidad relativa decreix cap a avall en un grup.

(Base més forta) F^- > Cl^- > Br^- > I^- (Base més dèbil)

El tamany del nucleófilo. Quànt fàcilment un compost ataca a un àtom deficient en electrons també afecta a una reacció S_N2. Com a regla, les espècies carregades negativament (per eixemple, OH ^-) són millors nucleófilos que les espècies neutres (per eixemple, H₂O, aigua). Hi ha una relació directa entre basicidad i nucleofilicidad: les bases més fortes són millors nucleófilos.

Solvent. Si una reacció és portada a terme en un solvent prótico, les molècules del qual tenen un àtom d'hidrogen enllaçat a un oxigen o nitrogen, l'àtom més gran és un millor nucleófilo en una reacció S_N2. En atres paraules, la base més dèbil és el millor nucleófilo en un solvent prótico. Per eixemple, el ion yodur és millor que el fluorur com nucleófilo. No obstant, si la reacció és portada a terme en un solvent aprótico, les molècules del qual no tenen hidrogen enllaçat a un oxigen o a un nitrogen, la base més forta és el millor nucleófilo. En este cas, el ion fluorur és millor que el ion yodur com nucleófilo.

Efectes estéricos. l'impediment estérico és qualsevol efecte d'un compost, pel tamany o posició dels grups sustituyentes. Els efectes estéricos afecten a la nucleofilicidad, pero no afecten la força de la base. Un nucleófilo voluminós, com el ion tert-butóxido en el seu apany específic de grups metilo, és un nucleófilo més pobre que el ion etóxido, en una cadena llineal de carbono, inclús encara que el tert-butóxido és una base més forta.