Esempi SN2: approfondimenti e fatti dettagliati

In questo articolo, avremo un approccio più vicino al meccanismo di reazione di sostituzione nucleofila ieS_N2 utilizzando gli esempi sn2 appropriati e perché è necessario analizzare questo meccanismo.

Studieremo il meccanismo in dettaglio usando il S_NEsempi 2, i fattori che influenzano il meccanismo come forza nucleofila, scheletro carbonioso, gruppo uscente, solvente ecc. La stereochimica coinvolta nella reazione, i fattori che determinano la velocità e i modi sani per eseguire la reazione per ottenere il risultato desiderato.

Innanzitutto, perché abbiamo bisogno di sapere quale meccanismo seguirà una reazione? È semplicemente perché aiuta a prevedere il tipo di condizioni necessarie affinché una sostanza reagisca per ottenere una buona resa dei prodotti. Quindi avremo un approccio più ravvicinato usando S_N2 esempi.

Nota: La velocità della reazione dipende dalla concentrazione sia del nucleofilo che del substrato.

I nomi_N2 sta per sostituzione nucleofila - reazione di secondo ordine. In questo meccanismo di reazione, un nucleofilo attacca un substrato e un gruppo uscente se ne va e questo avviene simultaneamente. La reazione avviene in un solo passaggio.

Nel sopra reazione di S_N2 esempio OH agisce come un nucleofilo attacca e contemporaneamente il cloro che è un buon gruppo uscente se ne va, OH arriva e si attacca in quel punto.

Fattori che influenzano S_N2 meccanismo:

• Forza nucleofila

• Scheletro di carbonio

• Lasciando il gruppo

• Solvente

nucleofilo: Svolge un ruolo molto importante nel meccanismo in quanto determina la velocità della reazione e più forte è il nucleofilo più veloce sarà la reazione. Le specie con carica negativa sono più nucleofile rispetto alle molecole neutre. OH è preferito rispetto ad altri nucleofili in quanto è un anione e quindi molto reattivo.

Scheletro di carbonio: Preferisce sempre il carbonio primario al carbonio terziario perché se il carbonio è più sostituito (terziario) che a causa dell'ingombro sterico diventa difficile per un nucleofilo attaccare il substrato.

Nota: Il gruppo metilico e alchilico primario reagiscono sempre con S_N2 meccanismo e mai di S_N1 meccanismo perché non può formare carbocatione.

gruppo uscente: Se il gruppo uscente è buono, la reazione procederà più velocemente con conseguente aumento della velocità di reazione. Di solito, le basi deboli sono buoni gruppi uscenti che includono ioni di alogenuri I-, Cl- e Br- anche H₂O. I fattori importanti per lasciare gruppi come l'alogenuro sono la forza del legame C-alogenuro e la stabilità dello ione di alogenuro.

Stereochimica: Quando il gruppo uscente è attaccato a un carbonio chirale, avviene l'inversione della configurazione del substrato. Succede perché il nucleofilo attacca proprio di fronte al gruppo uscente.

Stato di transizione ci dice il tipo di strutture che reagiscono in modo affidabile e la stereochimica della reazione.

Effetto del solvente: Viene principalmente effettuato in solvente aprotico polare poiché il solvente polare aiuta nella dissociazione del legame CX dove X è il gruppo uscente e i solventi aprotici solvatano il gruppo uscente accelerando così la reazione.

Altri fattori che influenzano il meccanismo di reazione utilizzando sn2 esempi:

Quando sono presenti sistemi adiacenti C=C o C=O π, aumentano la velocità del meccanismo di reazione. Considera il S_N2 esempi di Allil bromuro, reagisce con gli alcossidi e forma eteri. Si osserva che in S_N2 meccanismo I composti del bromuro di allile reagiscono rapidamente poiché il sistema π adiacente al doppio legame stabilizza lo stato di transizione per coniugazione.

L'orbitale p presente al centro della reazione crea due legami parziali aventi solo due elettroni (carenti di elettroni), quindi è possibile raccogliere una densità elettronica aggiuntiva dal sistema π adiacente che stabilizza lo stato di transizione e quindi aumenta la velocità di reazione.

S_N2 Esempio: bromuro di benzile e alcossidi reagiscono per dare eteri benzilici

Nella suddetta reazione di S_N2 esempi, l'ammina reagisce per formare aminochetone che svolge un ruolo vitale nel sintesi di droghe.

Per lo più gli alcoli non sono buoni per il gruppo uscente, quindi per risolvere questo problema:

• Possiamo protonare il gruppo OH con acido forte. Questo converte l'alcol nel rispettivo ione ossonio che può essere perso sotto forma di acqua.

• Sappiamo che i solfonati sono un buon gruppo uscente, quindi possiamo usare il gruppo Tosile come il cloruro di Tosile o il cloruro di Mesile sostituire l'H con il gruppo Tosile risultando così in alchil solfonato.

Per saperne di più: Esempi di monomeri

Reazione con nucleofilo di azoto:

Le ammine sono grandi nucleofili ma la reazione di ammoniaca e alogenuri alchilici non sempre formerà singoli prodotti. Questo perché il prodotto formato dalla sostituzione è quasi ugualmente nucleofilo come il materiale di partenza e quindi compete con l'alogenuro alchilico nella reazione.

Questa alchilazione continua portando alla formazione di ioni secondari, terziari e si interrompe solo con la formazione di ioni tetra-alchilammonio non nucleofili. Questi gruppi alchilici aggiuntivi spingono la densità elettronica su N rendendo il prodotto più reattivo del precedente.

Questo problema può essere superato sostituendo l'ammoniaca con lo ione azide. È una specie triatomica che è nucleofila ad entrambe le estremità. È un'asta sottile costituita da elettroni che è in grado di inserirsi in tutti i tipi di sito elettrofilo. La sua disponibilità è sotto forma di sale sodico solubile in acqua NaN₃.

L'azide reagisce solo una volta con gli alogenuri alchilici poiché il prodotto formato, ovvero l'alogenuro alchilico, non è più allo stato nucleofilo.

Per saperne di più:CARBOIDRATI

Diamo un approccio più ravvicinato al profilo energetico potenziale del S_N2 reazione.

Quando andiamo da sinistra a destra nella tavola periodica, la nucleofilia diminuisce seguita da un aumento dell'elettronegatività da sinistra a destra. Quindi un'elevata elettronegatività è sfavorevole poiché gli elettroni strettamente tenuti sono relativamente meno disponibili per la donazione al substrato nella S_N2 reazione. Pertanto si dice che OH è più nucleofilo di F- e NH₃ è più nucleofilo di H₂O.

Nota: I nucleofili più duri aumentano la velocità di reazione rispetto ai nucleofili morbidi.

Il profilo energetico potenziale del S_N2 meccanismo sopra mostra che esiste un solo stato di transizione e non c'è formazione di intermedio tra reagente e prodotto in quanto si tratta di una reazione a singolo passaggio. L'energia dei reagenti è leggermente superiore a quella dei prodotti poiché la reazione è una reazione esotermica.

L'energia dello stato di transizione è molto più elevata poiché coinvolge atomi di carbonio a cinque coordinati costituiti da due legami parziali. La collina che si trova nella parte più alta corrisponde allo stato di transizione della reazione Sn2. L'energia libera di attivazione corrisponde alla differenza nell'energia libera tra i reagenti e lo stato di transizione.

La variazione di energia libera per una reazione corrisponde alla differenza di energia libera tra i reagenti e i prodotti. Una reazione avverrà più velocemente quando ha una bassa energia libera di attivazione rispetto a quella che ha una maggiore energia libera di attivazione.

I nucleofili duri includono- H-, CH3-

Nucleofilo moderato – RO- , R-NH-

Nucleofilo molle – Cl-,

Domande frequenti-

1. Perché il meccanismo di reazione di Sn2 non è favorevole o è più lento nei solventi protici polari?

Ans.È così perché i nucleofili sono solvatati da solventi protici polari che inibiscono la sua capacità di partecipare al meccanismo Sn2.

2. In una reazione in cui CH3 è nucleofilo, quale dei seguenti procederà più velocemente a) CH3-Br b) CH3-I ?

Risp. La reazione sarà più veloce con CH3-I poiché I- è un buon gruppo uscente, inoltre è più stabile rispetto a Br- poiché ha meno densità di carica.

3. Perché le reazioni Sn2 preferiscono il carbonio primario?

Risposta È così perché se il carbonio è più sostituito del dovuto ingombro sterico diventa difficile per il nucleofilo attaccare il substrato.

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