Substitution Nucléophile
La substitution nucléophile remplace un groupe partant sur un carbone saturé par un nucléophile, se déroulant selon une voie en une étape (SN2) ou en deux étapes (SN1).
Definition
La substitution nucléophile est une réaction au cours de laquelle un nucléophile déplace un groupe partant d'un atome de carbone, formant une nouvelle liaison sigma avec le nucléophile.
Scope
Ce sujet couvre les mécanismes SN1 et SN2, leurs lois de vitesse et leurs conséquences stéréochimiques, l'influence de la structure du substrat, du nucléophile, du groupe partant et du solvant, ainsi que la compétition entre substitution et élimination.
Core questions
- Qu'est-ce qui distingue le mécanisme SN1 du mécanisme SN2 sur les plans cinétique et stéréochimique ?
- Comment la structure du substrat, le solvant et la capacité du groupe partant modifient-ils l'équilibre entre les deux voies ?
- Pourquoi la SN2 se déroule-t-elle avec inversion de configuration tandis que la SN1 donne une racémisation ?
Key theories
- SN2 (substitution bimoléculaire)
- Un déplacement concerté en une seule étape où le nucléophile attaque le carbone par l'arrière du groupe partant ; il en résulte une cinétique de second ordre et une inversion de configuration de Walden.
- SN1 (substitution unimoléculaire)
- Une voie par étapes via un intermédiaire carbocation plan ; il en résulte une cinétique de premier ordre et une racémisation partielle à complète car le nucléophile attaque l'une ou l'autre face.
Mechanisms
Dans la SN2, l'étape cinétiquement déterminante implique à la fois le substrat et le nucléophile ; l'état de transition bipyramidal trigonal force l'attaque par l'arrière et l'inversion. Dans la SN1, l'étape cinétiquement déterminante est l'ionisation en un carbocation, dont la stabilité (tertiaire > secondaire > primaire) et la stabilisation par le solvant contrôlent la vitesse ; la capture nucléophile subséquente est rapide et non stéréospécifique.
Clinical relevance
La substitution nucléophile est à la base de nombreuses réactions d'alkylation utilisées en synthèse pharmaceutique et constitue le fondement mécanistique de l'action de certains agents chimiothérapeutiques alkylants, qui se substituent sur des sites nucléophiles de l'ADN.
History
Hughes et Ingold ont systématisé la cinétique de substitution dans les années 1930, créant les désignations SN1 et SN2 et reliant la loi de vitesse, la stéréochimie et les effets de solvant en une image unifiée qui est devenue une pierre angulaire de la chimie organique physique.
Key figures
- Christopher Kelk Ingold
- Edward D. Hughes
- Paul Walden
Related topics
Seminal works
- ingold1969
Frequently asked questions
- Quels substrats favorisent la SN2 par rapport à la SN1 ?
- Les substrats primaires et non encombrés favorisent la SN2 car l'attaque par l'arrière n'est pas obstruée, tandis que les substrats tertiaires favorisent la SN1 car ils forment des carbocations stabilisés et sont trop encombrés pour une attaque par l'arrière.
- Pourquoi la polarité du solvant est-elle importante ?
- Les solvants protiques polaires stabilisent le carbocation et le groupe partant de la SN1, l'accélérant, tandis que les solvants aprotiques polaires laissent les nucléophiles « nus » et réactifs, accélérant la SN2.