Substituição Nucleofílica

A substituição nucleofílica substitui um grupo de saída em um carbono saturado por um nucleófilo, ocorrendo por um caminho de uma etapa (SN2) ou de duas etapas (SN1).

Definition

A substituição nucleofílica é uma reação na qual um nucleófilo desloca um grupo de saída de um átomo de carbono, formando uma nova ligação sigma com o nucleófilo.

Scope

Este tópico abrange os mecanismos SN1 e SN2, suas leis de velocidade e consequências estereoquímicas, a influência da estrutura do substrato, nucleófilo, grupo de saída e solvente, e a competição entre substituição e eliminação.

Core questions

• O que distingue o mecanismo SN1 do SN2 cineticamente e estereoquimicamente?
• Como a estrutura do substrato, o solvente e a capacidade do grupo de saída alteram o equilíbrio entre as duas vias?
• Por que a SN2 ocorre com inversão de configuração enquanto a SN1 resulta em racemização?

Key theories

SN2 (substituição bimolecular)

Um deslocamento concertado, em uma única etapa, no qual o nucleófilo ataca o carbono pelo lado oposto ao grupo de saída; resultam cinética de segunda ordem e inversão de Walden da configuração.

SN1 (substituição unimolecular)

Uma via em etapas através de um intermediário carbocátion planar; resultam cinética de primeira ordem e racemização parcial a completa porque o nucleófilo ataca qualquer face.

Mechanisms

Na SN2, a etapa determinante da velocidade envolve tanto o substrato quanto o nucleófilo; o estado de transição trigonal-bipiramidal força o ataque pelo lado oposto e a inversão. Na SN1, a etapa determinante da velocidade é a ionização para um carbocátion, cuja estabilidade (terciário > secundário > primário) e estabilização pelo solvente controlam a velocidade; a subsequente captura nucleofílica é rápida e não estereosseletiva.

Clinical relevance

A substituição nucleofílica é a base de muitas reações de alquilação usadas na síntese farmacêutica e é a base mecanicista para a ação de certos agentes quimioterápicos alquilantes, que se substituem em sítios nucleofílicos no DNA.

History

Hughes e Ingold sistematizaram a cinética de substituição na década de 1930, cunhando os rótulos SN1 e SN2 e ligando a lei de velocidade, a estereoquímica e os efeitos do solvente em uma imagem unificada que se tornou um pilar da química orgânica física.

Key figures

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

Seminal works

• ingold1969

Frequently asked questions

Quais substratos favorecem a SN2 em detrimento da SN1?

Substratos primários e não impedidos favorecem a SN2 porque o ataque pelo lado oposto é desobstruído, enquanto substratos terciários favorecem a SN1 porque formam carbocátions estabilizados e são muito impedidos para o ataque pelo lado oposto.

Por que a polaridade do solvente é importante?

Solventes próticos polares estabilizam o carbocátion e o grupo de saída da SN1, acelerando-a, enquanto solventes apróticos polares deixam os nucleófilos 'nus' e reativos, acelerando a SN2.