En este artículo, vamos a tener un enfoque más cercano hacia el mecanismo de reacción de sustitución nucleofílica ieSN2 utilizando los ejemplos apropiados de sn2 y por qué es necesario que analicemos este mecanismo.
Estudiaremos el mecanismo en detalle utilizando el SNEjemplos 2, los factores que afectan el mecanismo, como la fuerza del nucleófilo, el esqueleto carbónico, el grupo saliente, el disolvente, etc. La estereoquímica involucrada en la reacción, los factores determinantes de la velocidad y las formas saludables de llevar a cabo la reacción para lograr el resultado deseado.
En primer lugar, ¿por qué es necesario que sepamos qué mecanismo seguirá una reacción? Es simplemente porque ayuda a predecir el tipo de condiciones que se requieren para que una sustancia reaccione para obtener un buen rendimiento de productos. Entonces tendremos un enfoque más cercano usando SN2 ejemplos.
Nota: La velocidad de la reacción depende de la concentración tanto del nucleófilo como del sustrato.
Los nombresN2 significa sustitución nucleofílica - reacción de segundo orden. En este mecanismo de reacción, un nucleófilo ataca a un sustrato y un grupo saliente se va y esto ocurre simultáneamente. La reacción ocurre en un solo paso.
En lo anterior reacción de SN2 ejemplo, el OH actúa como un nucleófilo ataca y simultáneamente sale el cloro, que es un buen grupo saliente, el OH viene y se adhiere en ese punto.
Factores que afectan a SN2 mecanismo:
Nucleófilo: Desempeña un papel muy importante en el mecanismo, ya que determina la velocidad de la reacción y cuanto más fuerte sea el nucleófilo, más rápida será la reacción. Las especies cargadas negativamente son más nucleófilas en comparación con las moléculas neutras. Se prefiere el OH a otros nucleófilos ya que es un anión y, por tanto, muy reactivo.
Esqueleto de carbono: Siempre prefiere el carbono primario sobre el terciario porque si el carbono está más sustituido (terciario) que debido a un impedimento estérico, se vuelve difícil para un nucleófilo atacar el sustrato.
Nota: El metilo y el grupo alquilo primario siempre reaccionan por SN2 mecanismo y nunca por SN1 mecanismo porque no puede formar carbocatión.
Saliendo del grupo: Si el grupo saliente es bueno, la reacción procederá más rápido, lo que dará como resultado un aumento en la velocidad de reacción. Por lo general, las bases débiles son buenos grupos salientes que incluyen iones de haluros I-, Cl- y Br- también H2O. Los factores importantes para los grupos salientes, como los haluros, son la fuerza del enlace C-haluro y la estabilidad del ión de haluro.
Crédito de la imagen: Química orgánica Segunda edición de Jonathan Clayden, Nick Greeves y Stuart Warren.
Estereoquímica: Cuando el grupo saliente se une a un carbono quiral, tiene lugar la inversión de la configuración del sustrato. Ocurre porque el nucleófilo ataca justo enfrente del grupo saliente.
Estado de transición nos dice el tipo de estructuras que reaccionan de manera confiable y la estereoquímica de la reacción.
Efecto del solvente: Se lleva a cabo principalmente en un solvente aprótico polar ya que el solvente polar ayuda en la disociación del enlace CX donde X es el grupo saliente y los solventes apróticos solvatan el grupo saliente acelerando así la reacción.
Otros factores que influyen en el mecanismo de reacción. usando ejemplos de sn2:
Cuando los sistemas adyacentes C = C o C = O π están presentes, aumentan la velocidad del mecanismo de reacción. Considere la SN2 ejemplos de bromuro de alilo, reacciona con alcóxidos y forma éteres. Se observa que en la SNLos compuestos de 2 mecanismos del bromuro de alilo reaccionan rápidamente cuando el sistema π adyacente al doble enlace estabiliza el estado de transición por conjugación.
El orbital p presente en el centro de la reacción forma dos enlaces parciales que tienen solo dos electrones (deficientes en electrones), por lo que se puede obtener una densidad de electrones adicional del sistema π adyacente, lo que estabiliza el estado de transición y, por lo tanto, aumenta la velocidad de reacción.
SN2 Ejemplo: el bromuro de bencilo y los alcóxidos reaccionan para dar éteres de bencilo
Crédito de la imagen: Química orgánica Segunda edición de Jonathan Clayden, Nick Greeves y Stuart Warren.
En la reacción anterior de SN2 ejemplos, la amina reacciona para formar aminocetona que juega un papel vital en el síntesis de drogas .
La mayoría de los alcoholes no son buenos grupos salientes, así que para resolver este problema:
• Podemos protonar el grupo OH con ácido fuerte. Esto convierte el alcohol en su respectivo ion oxonio que se puede perder como agua.
• Sabemos que los sulfonatos son un buen grupo saliente, por lo que podemos usar el grupo Tosilo, como el cloruro de tosilo o el cloruro de mesilo, para reemplazar el H con el grupo Tosilo, lo que da como resultado un sulfonato de alquilo.
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Reacción con nitrógeno nucleófilo:
Las aminas son grandes nucleófilos, pero la reacción del amoníaco y los haluros de alquilo no siempre formará productos individuales. Esto se debe a que el producto formado a partir de la sustitución es casi igualmente nucleófilo como el material de partida y, por tanto, compite con el haluro de alquilo en la reacción.
Crédito de la imagen: Química Orgánica. Segunda edición de Jonathan Clayden, Nick Greeves y Stuart Warren.
Esta alquilación continúa conduciendo a la formación de iones secundarios, terciarios y se detiene solo en la formación de iones de tetraalquilamonio no nucleófilos. Estos grupos adicionales de alquilo empujan la densidad de electrones hacia N, lo que hace que el producto sea más reactivo que el anterior.
Este problema puede superarse reemplazando el amoníaco con el ion azida. Es una especie triatómica que es nucleofílica en ambos extremos. Es una barra delgada que consta de electrones que es capaz de insertarse en todo tipo de sitios electrofílicos. Su disponibilidad está en forma de sal de sodio NaN soluble en agua.3.
La azida reacciona sólo una vez con los haluros de alquilo cuando el producto formado, es decir, el haluro de alquilo ya no está en estado nucleofílico.
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Acerquémonos al perfil energético potencial de la SN2 reacción.
Cuando vamos de izquierda a derecha en la tabla periódica, la nucleofilia disminuye seguida de un aumento de la electronegatividad de izquierda a derecha. Por lo tanto, una alta electronegatividad es desfavorable ya que los electrones fuertemente retenidos están relativamente menos disponibles para la donación al sustrato en el SN2 reacción. Por lo tanto, se dice que el OH es más nucleofílico que el F- y el NH.3 es más nucleofílico que H2O.
Crédito de la imagen: Mecanismo de química orgánica de Ahluwalia.
Nota: Los nucleófilos más duros aumentan la velocidad de reacción en comparación con los nucleófilos blandos.
El perfil de energía potencial de la SNEl mecanismo 2 anterior muestra que solo existe un estado de transición y no hay formación de intermedio entre el reactivo y el producto, ya que es una reacción de un solo paso. La energía de los reactivos es ligeramente superior a la de los productos, ya que las reacciones son exotérmicas.
La energía del estado de transición es bastante mayor ya que involucra cinco átomos de carbono coordinados que consisten en dos enlaces parciales. La colina que está en la parte más alta corresponde al estado de transición de la reacción Sn2. La energía libre de activación corresponde a la diferencia de energía libre entre los reactivos y el estado de transición.
El cambio de energía libre para una reacción corresponde a la diferencia de energía libre entre los reactivos y los productos. Una reacción ocurrirá más rápido cuando tenga poca energía libre de activación en comparación con la que tenga mayor energía libre de activación.
Los nucleófilos duros incluyen- H-, CH3-
Nucleófilo moderado - RO-, R-NH-
Nucleófilo blando - Cl-,
Preguntas frecuentes–
1. ¿Por qué el mecanismo de reacción del Sn2 no es favorable o es más lento en los disolventes próticos polares?
Respuesta: Es así porque los nucleófilos son solvatados por disolventes próticos polares que inhiben su capacidad para participar en el mecanismo de Sn2.
2. En una reacción en la que CH3 es un nucleófilo, ¿cuál de las siguientes procederá más rápido a) CH3-Br b) CH3-I?
Respuesta: La reacción será más rápida con CH3-I ya que I- es un buen grupo saliente y también es más estable en comparación con Br- ya que tiene menos densidad de carga.
3. ¿Por qué las reacciones de Sn2 prefieren el carbono primario?
Resp. Es así porque si el carbono está más sustituido que debido al impedimento estérico, se vuelve difícil para el nucleófilo atacar el sustrato.
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Esta es Sania Jakati de Goa. Soy un aspirante a químico que cursa mi posgrado en química orgánica. Creo que la educación es el elemento clave que te convierte en un gran ser humano tanto mental como físicamente. Me alegra ser miembro de una brillante rama de la química y haré todo lo posible para contribuir en todo lo que pueda desde mi lado y Lambdageeks es la mejor plataforma donde puedo compartir y adquirir conocimientos al mismo tiempo.