Effetto del solvente
Vuole sapere il valore
approssimato delle
costante dielettriche.
I solventi protici sono
caratterizzati dall’avere
un protone acido.
La costante dielettrica
non e’ legata alla
polarita’, per questo
motivo vedento che non
c’era correlazione diretta
sn state introdotte altre
scale come la scala di
reichardt (Et(30)), che e’
una scala di polarita’
empirica.
La solvatazione abbassa
l’energia della specie,
aumentando la solvatazione
dello stato di transizione si
abbassa l’energia di
attivazione (parte a sinistra).
Se si solvata meglo il sostrato,
si aumenta l’energia di
attivazione (parte a destra).
La Sn1 e’ aiutata da solventi
polari se si parte da un
substrato neutro, e’ sfavorita
se si parte da un substrato
carico positivamente.
Stereochimica della Sn1
Sn1 porta a un carbocatione
planare che puo’ essere
attaccato da entrambe le
facce, se il carbocatione
pero’ e’ veramente planare e
il nucelofilo interecetta il
carbocatione planare isolato.
Se si parte da RX ed esce Xche si allonatana allora il
carbocatione e davvero
planare. Se X- nn si allontana
(non ha una vita
sufficientemente lunga)
allora il carbocatione non
sara’ davvero planare, e si
otterra’ comunque un
prodotto non racemo
(ritezione o inversione di
chiralita’)
SN2 caso limite
Avviene in un unico
passaggio che quindi
influenza la velocita’ della
reazione. Il gruppo
entrante attacca il
carbonio nella parte libera,
e si forma un intermedio
planare con i 3 sostituenti
su un piano, resta un
orbitale 2p legato al
gruppo uscente e al
gruppo entrante, con
geometria bipiramide
trigonale.
Orbitali molecolari che interagiscono nella sn2
A destra la configurazione dello
stato di transizione. Il carbonio
e’ sdraiato con l’orbitale P
orizzontale
orizzontale.
favorito
Lo stato di transione a destra
de
e’
sfavorita e porta a ritenzione di
configurazione.
L’ordine favorito porta a
inversione di configurazione,
per quello che Sn2 porta a
inversione di configurazione.
Cinetica del secondo ordine,m primo ordine del reagente e del nucleofilo.
Nella Sn2 il ruolo del
nucleofilo e’ molto
importante, cosa che nella
Sn1 conta davvero poco.
Il nuclofilo entra infatti nella
formula della velocita’ di
reazione [Y:-]
Reazioni borderline (cioe’ tra Sn1 ed Sn2) e il concetto di coppia ionica
I casi borderline sono
moltissimi. Il concetto di
coppia ionica (ion pair) e’
di grande importanza. E’
impossibile studiare una
reazione organica senza
quel concetto.
La reattivita’ differesce a seconda del tipo di coppia ionica, tanto che e’ possibile
spiegare tutta la reattivita’ con questo concetto. L’attacco nucleofilo puo’ avvenire in
uno qualsiasi degli stati descritti, questo cambia il tipo di reazione. Se Y attacca gli
Il concetto di coppia
ionica afferma che
quando si effettua una
dissociazione (sia che Yattacchi, sn2 o no, sn1)
come nella reazione
scritta a fianco, quello
che succede e’ che
partendo da RX e c’e’
rottura eterolitica, si
stacca il legame e gli ioni
restano vicini
(interazione
elettrostatica) e la specie
R+X- e’ detta coppia
ionica intima.
Lentamente il solvente si
infila tra R+ ed X- (coppia
ionica separata dal
solvente), entra sempre
piu’ solvente e infine gli
ioni ri ritrovano
dissociati.
ioni completamente dissociati
ati abbiamo racemizzazione. Se Y trova la coppia ionica intima prevale una
inversione di configurazione. Quindi scegliendo accuratamente il solvente (quindi cambiando come la
coppia ionica si separa) ottengo oltre a una modifica di velocita’ anche una stereochimica
stereochimica differente,
evitando la racemizzazione del prodotto.
Carbocationi:
La ionizzazione e’ una reazione
endotermica sfavorita. In
soluzione si possono osservare
reazione di ionizzazione
inosservabili senza solventi.
Il tritile, carbocatione stabile
(carbocatione di anelli
benzenici) ha conformazione a
elica perche’ gli anelli
benzenici non riescono a stare
planari (cit. “flippano”).
Si fa la reazione
e si osserva la pKR+,
ottenendo la tabella.
Gruppi elettron-attrattori
attrattori hanno pKR molto bassa,
rendendo il carbocatione molto stabile.
Un’altra scala utilizzabile per determinare i carbocationi piu’ stabili e’ ottenuta dalla reazione
Carbocationi benzilici
Un sostituente elettrondonatore stabilizza la
carica positiva per effetto mesomero rendendo il
sistema piu’ stabile rispetto al semplice
carbocatione benzilico. Sono
S
elettrondonatori
gruppi come –OCH3, -NH
NH2, F (elettrondonatore
per effetto induttivo).. Mettendo gruppi
elettronattrattori (effetto
effetto –M) come C=N, si trova
una formula di risonanza con 2 cariche positive
adiacenti, struttura molto instabile per repulsione.
Metodo di calcolo ab-initio
initio
Due carbocationi
importanti sono il tropilio e
il ciclopropenile, secondo la
regola di huckel.
La nucleofilia e’ un effetto
di una base di lewis sulla
velocita’ di una reazione,
mentrte la basicita’ e’ un
equilibrio termodinamico
acido/base. La basicita’ e’
semplice da determinare,
basta studiare la Kb, il
termine nucleofilo
(cinetico) e’ difficile da
determinare perche’ non
esiste un parametro
La nuceofilia e’ stata indagata
ata a lungo e sono state realizzate delle scale di nucleofilia. diretto.
Molte proprieta’ influenzano il
nucleofilo, come l’energia di
solvatazione, la forza di legame
tra C e Nu, la grandezza del
nucleofilo, l’elettronegativita’
del nucleofilo, la polarizzabilita’
del nucleofilo.
1) l’alta energia di solvatazione
alta energia di attivazione
quindi bassa reattivita’
2) un legame forte tra nucleofilo
e carbonio porta a una energia
di attivazione piu’ bassa.
3) piu’ il Nu e’ stericamente
impedito meno e’ reattivo
4) Piu’ il nucleofilo e’
elettronegativo piu’ trattiene i
suoi elettroni, piu’ un Nu e’
elettronegativo meno reagisce
5)La polarizzabilita’ indica la
tendenza a deformare la nuvola
elettronica, piu’ un Nu e’
polarizzabile piu’ e’ favorita la
Sn2
La nucleofilicita’ segue un andamento diverso dalla basicita’
Concetti chiave della tabella:
- a parita’ di nucleofilo, il sistema anionico e’ piu’ nucleofilo del sistema neutro.
- scendendo sulla tavola periodica la nucleofilicita’ aumenta (F-<Cl-<Br-<I-) perche’ diminuisce la
elettronegativita’, aumenta la polarizzabilita’ e diminuisce la solvatazione.
- la nucleofilicita’ diminuisce lungo la riga
La competizione Sn1/E1 e’
una competizione classica
in quanto il nucleofilo puo’
agire da base o da
nucleofilo.
Nucleofilicita’ vs basicita’, approccio hard soft
Reazioni di anioni con alogenuri
alchilici Nu: vs B:,
se l’attaccato e’ C sp3 che e’ un soft
elettrofilo e’ favorita’ la nucleofilia
e avviene la sostituzione,
sost
se
l’attaccato e’ H+, eletrofilo hard e’
favorita la basicita’ e quindi
l’eliminazione.
Il gruppo uscente (Lg) influenza la velocita’ sia nella sn1 che nella sn2, poice’ il lg va via con la sua coppia di
elettroni e’ lecito attendersi che la bonta’ del gruppo uscente
uscente sia legato alla sua elettronegativita’
Scala dei gruppi uscenti dal piu’ veloce al piu’
lento.
L’elettronegativita’ e’ un buon criterio, come
e’ dimostrato dai primi 4 in classifica.
classifi
Nel caso degli alogeni pero’ la scala e’
opposta alla Elettronegativita, in quanto il
criterio da considerare e’ la forza del legame
C-X:
X: minore forza miglior gruppo uscente.
I migliori gruppi sn gli esteri solfonici
Effetto della coniugazione
presi un allile e un benzile, nelle sn1 sn veloci per stabilizzazione dell’intermedio, mantre nella sn2 sn stabili
nello stato di transizione.
Stereochimica:
- sn2 atteso 100% di inversione della configurazione
- sn1 dipende se la reazione va su ioni liberi o suna ina coppia ionica
- meccanismi borderline: dipende dal tempo di vita degli intermedi, cioe’, se il tempo di vita degli inermedi
siamo vicini a una Sn1, viceversa se il tempo di vita e’ corto.
Il piu’ reattivo e’ quello a
sinistra invece di quello a
destra per effetto del
gruppo vicinale. Inoltre si
osserva che cambia la
stereochimica nei due casi.
La reazione con quello di
destra c’e’ inversione di
configurazione, mentre con
quello a sinistra c’e’
ritenzione di configurazione.
Il gruppo vicinale partecipa
alla reazione quando ha
stereochimica opportuna.
il gruppo vicinale reagisce al
posto del nucleofilo, quando
ha caratteristiche nucleofilo
e ha stereochimica esatta.
Avviene una reazione
intramolecolare, secondo lo
schema in basso, un sistema
cationico stabilizzato per
risonanza. Avviene con
inversione di
configurazione, prima
dell’attacco del nucleofilo
esterno.
solo dopo questa reazione
intermolecolare avviene
l’attacco del Nu: esterno.
L’attacco intramolecolare
lecolare non puo’ avvenire su
trovano dalla stessa parte i due gruppi.
perche’ si
La diversa velocita’ e’
data dalla formazione
di cicli piu’ o meno
stabili.
La massima velocita’ si ha quando il gruppo vicinale
porta alla formazione di un ciclo a 5 o 6 atomi.
Intermedio carbocationico: riarrangiamento
-
Shift 1,2 piu’ comune
Gruppo migrante:H, aclchile, vinile, arile
-
Driving force termodinamica: formazione di un carbocatione piu’ stabile
Emergie di attivazione pnon alte