Chimica Organica 12
Sostituzioni nucleofile alchiliche
Enrico Pontello
Sostituzioni nucleofile
I meccanismi di sostituzione nucleofila sono due: SN1
ed SN2.
Sono meccanismi che avvengono a seconda della
molecola che reagisce e dei solventi utilizzati.
SN1
È un meccanismo MONOMOLECOLARE (1) che
transita via carbocatione ed ha una cinetica del
primo ordine:
v = 𝑘 ∗ 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒
Per il passaggio via carbocatione il
prodotto è racemico a causa dell’uguale
probabilità di attacco da sopra o sotto.
È tipico degli ALOGENURI TERZIARI.
SN2
È un meccanismo BIMOLECOLARE (2) di tipo
concertato ed ha una cinetica del secondo ordine:
v = 𝑘 ∗ 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 ∗ 𝑛𝑢𝑐𝑙𝑒𝑜𝑓𝑖𝑙𝑜
Per il meccanismo concertato il prodotto
subisce un’ inversione della
stereochimica negli alogenuri secondari.
È tipico degli ALOGENURI PRIMARI.
Alogenuri SECONDARI
Gli alogenuri secondari possono reagire tramite
entrambi i meccanismi, ma possiamo con particolari
accorgimenti forzare l’uno o l’altro.
SN1: reazione con nucleofili deboli in solventi polari
protici come acqua e alcol
SN2: reazione con basi o nucleofili deboli come I- e
Ac- in solventi polari aprotici
Nucleofili
In ordine di bontà, i nucleofili (basi di Lewis) più
comuni sono:
al CARBONIO: CN- e reattivi di Grignard;
all’AZOTO: NH3, ammine;
all’OSSIGENO: alcoli, H2O;
allo ZOLFO: tioli, SCN-.
Anche gli ALOGENURI: migliori quelli a peso atomico
maggiore.
Gruppi uscenti
La bontà del gruppo uscente determina se la
reazione avviene oppure no. Un buon gruppo
uscente è la base coniugata di un acido forte.
Avviene solo la seconda reazione perché Br- è un
miglior gruppo uscente essendo base coniugata di
HBr che è più acido dell’acqua.
Eliminazione
Le reazioni di eliminazione portano all’elisione di
parti della molecola la quale forma legami doppi.
Secondo la regola di ZAITSEV si forma in gran
prevalenza l’alchene più sostituito: viene sottratto
con maggior probabilità l’idrogeno dal carbonio che
già è legato al minor numero di idrogeni.
E1
Il meccanismo di eliminazione E1 è monomolecolare
via carbocatione con due passaggi.
Si forma con grande prevalenza il secondo alchene
nella forma entgegen: (E)-2-butene.
E2
Il meccanismo di eliminazione E2 è bimolecolare ed
avviene in un unico stadio.
Mentre la base strappa l’idrogeno, l’alogenuro si
allontana e il legame p si forma.
ECB
La reazione di b-eliminazione riguarda i composti
carbonilici ed è causata dall’acidità degli idrogeni in
a al carbonile.
L’idrogeno acido in alfa viene strappato dalla base
ed il bromo in beta viene eliminato.
Il prodotto è stabilizzato dalla coniugazione dei due
doppi legami.
Eliminazione nei cicli
Negli alogenuri alchilici ciclici l’eliminazione avviene
con l’uscita dell’alogenuro e di un idrogeno che
siano tra loro in configurazione trans.
sostituzione VS eliminazione
Utilizzando una base forte come NaOH il prodotto
maggioritario sarà quello di eliminazione.
Utilizzando un nucleofilo come H2O prevarrà la
sostituzione.
sostituzione VS eliminazione
Un alogenuro terziario reagisce con un nucleofilo
debole sia via SN1 che E1.
sostituzione VS eliminazione
Questo è un esempio di selettività per ingombro del
nucleofilo/base che, nel secondo caso con il
terbutilato di sodio, fatica a scontrarsi nel modo
giusto con l’alogenuro primario per dare la
sostituzione.
sostituzione VS eliminazione
Gli alogenuri secondari sono quelli con il maggior
numero di meccanismi possibili.
epilogo
alogenuro
meccanismo
CH3X
SN 2
L’unico meccanismo possibile per i alogeno-metani
SN 2
La reazione prevalente con buoni nucleofili/basi deboli
E2
La reazione prevalente con basi forti ingombrate
primario
RCH2X
SN1 / E1
secondario
R2CHX
Non si verificano per l’instabilità dei carbocationi primari
SN 2
La reazione prevalente con basi deboli
E2
La reazione prevalente con basi forti
SN1 / E1
E2
terziario
R3CX
condizioni
SN1 / E1
SN 2
Comuni in reazioni con nucleofili deboli in solvente
polare protico
La reazione prevalente con basi forti
Reazioni prevalenti con nucleofili/basi deboli
Raramente osservate a causa dell’ingombro su C terziari