Sustitución nucleofílica

La sustitución nucleofílica reemplaza un grupo saliente en un carbono saturado con un nucleófilo, procediendo por una vía de un solo paso (SN2) o de dos pasos (SN1).

Definition

La sustitución nucleofílica es una reacción en la que un nucleófilo desplaza un grupo saliente de un átomo de carbono, formando un nuevo enlace sigma con el nucleófilo.

Scope

Este tema cubre los mecanismos SN1 y SN2, sus leyes de velocidad y consecuencias estereoquímicas, la influencia de la estructura del sustrato, el nucleófilo, el grupo saliente y el disolvente, y la competencia entre la sustitución y la eliminación.

Core questions

• ¿Qué distingue el mecanismo SN1 del SN2 cinéticamente y estereoquímicamente?
• ¿Cómo la estructura del sustrato, el disolvente y la capacidad del grupo saliente alteran el equilibrio entre las dos vías?
• ¿Por qué la SN2 procede con inversión de la configuración mientras que la SN1 produce racemización?

Key theories

SN2 (sustitución bimolecular)

Un desplazamiento concertado de un solo paso en el que el nucleófilo ataca el carbono por la parte posterior al grupo saliente; resultan una cinética de segundo orden y la inversión de Walden de la configuración.

SN1 (sustitución unimolecular)

Una vía por etapas a través de un intermediario carbocatiónico planar; resultan una cinética de primer orden y una racemización parcial o completa porque el nucleófilo ataca por cualquiera de las caras.

Mechanisms

En la SN2, el paso determinante de la velocidad involucra tanto al sustrato como al nucleófilo; el estado de transición trigonal-bipiramidal fuerza el ataque por la parte posterior y la inversión. En la SN1, el paso determinante de la velocidad es la ionización a un carbocatión, cuya estabilidad (terciario > secundario > primario) y la estabilización por el disolvente controlan la velocidad; la posterior captura nucleofílica es rápida y no estereoselectiva.

Clinical relevance

La sustitución nucleofílica subyace a muchas reacciones de alquilación utilizadas en la síntesis farmacéutica y es la base mecanicista de la acción de ciertos agentes quimioterapéuticos alquilantes, que se sustituyen en sitios nucleofílicos del ADN.

History

Hughes e Ingold sistematizaron la cinética de sustitución en la década de 1930, acuñando las etiquetas SN1 y SN2 y vinculando la ley de velocidad, la estereoquímica y los efectos del disolvente en una imagen unificada que se convirtió en una piedra angular de la química orgánica física.

Key figures

• Christopher Kelk Ingold
• Edward D. Hughes
• Paul Walden

Seminal works

• ingold1969

Frequently asked questions

¿Qué sustratos favorecen la SN2 sobre la SN1?

Los sustratos primarios y sin impedimentos estéricos favorecen la SN2 porque el ataque por la parte posterior no está obstruido, mientras que los sustratos terciarios favorecen la SN1 porque forman carbocationes estabilizados y están demasiado impedidos estéricamente para el ataque por la parte posterior.

¿Por qué es importante la polaridad del disolvente?

Los disolventes próticos polares estabilizan el carbocatión y el grupo saliente de la SN1, acelerándola, mientras que los disolventes apróticos polares dejan los nucleófilos 'desnudos' y reactivos, acelerando la SN2.