6.8 : Reacción de sustitución nucleofílica SN2: Mecanismo

Los estudios cinéticos de las reacciones S_N2 sugieren una característica esencial de su mecanismo: es un proceso de un solo paso sin intermediarios. Aquí, tanto el nucleófilo como el sustrato participan en el paso determinante de la velocidad.

La presencia del halógeno más electronegativo en el sustrato crea un enlace polarizado de haluro de carbono. El haluro atrae la nube de electrones generando un centro electrófilo en el átomo de carbono. Por tanto, el átomo de carbono tiene una carga parcial positiva mientras que el haluro tiene una carga parcial negativa. El carbono electrófilo atrae al nucleófilo con su único par de electrones.

Sin embargo, la alta densidad de electrones alrededor del haluro bloquea efectivamente el ataque del nucleófilo en el mismo lado. Por lo tanto, el nucleófilo se acerca al electrófilo desde el lado pobre en electrones del sustrato, lo que lleva a un ataque por la parte trasera. Por lo tanto, el nucleófilo dona su único par al carbono electrófilo, a 180° del grupo saliente.

A medida que el haluro se aleja del carbono electrófilo, se aleja con el par de electrones unido al carbono. Esto da como resultado un estado de transición con un enlace parcialmente formado entre el nucleófilo y el sustrato y un enlace parcialmente roto entre el sustrato y el grupo saliente.

Con tres enlaces sólidos y dos enlaces parciales en el carbono, el estado de transición es muy inestable. Por lo tanto, el grupo saliente sale con el par de electrones unido al carbono, lo que lleva a la inversión de la configuración del sustrato. (Figura 1)

Figura 1. Mecanismo S_N2

Además, la teoría de los orbitales moleculares también respalda el ataque por la parte trasera. Cuando el orbital enlazante del nucleófilo, es decir, el orbital molecular ocupado más alto, u HOMO, se aproxima al orbital molecular desocupado más bajo, o LUMO, del sustrato desde el mismo lado que el grupo saliente, se enfrenta a un nodo que cancela tanto el orbital de enlace como el de enlace. la superposición anti-adherencia. Por el contrario, un ataque posterior por parte del nucleófilo se superpone eficientemente con el LUMO del sustrato, lo que resulta en la formación de enlaces.

Así, el mecanismo S_N2 se produce en un solo paso, cuando el nucleófilo entrante reacciona con el sustrato desde una dirección opuesta al grupo saliente, que se desplaza.

Lectura sugerida:

1. Brown, WH, Iverson, BL, Anslyn, VE y Foote SC (2014). Química Orgánica. Mason, Ohio: Cengage Learning, 344-345.
2. Solomons, G., Fryhle, C. y Snyder, S. (2015). Química Orgánica. Nueva Jersey, Nueva Jersey: Wiley, 246-248.
3. Loudon, M. y Parise, J. (2016). Química Orgánica. Nueva York, Nueva York: Macmillan Publishers, 391-393.
4. Klein, D. (2017). Química Orgánica. Nueva Jersey, Nueva Jersey: Wiley, 277-278.
5. Clayden, J., Greeves, N. y Warren, S. (2012). Química Orgánica. Oxford: Oxford University Press, 340-342.