Utente:Trentinedoardo/Sandbox

Le reazioni

Qui vengono mostrate due reazioni, entrambe con riscaldamento di un alogenoalcano a riflusso con una soluzione di idrossido di sodio o di potassio. Possono verificarsi due reazioni diverse.

sostituzione nucleofila

Gli ioni idrossido presenti sono buoni nucleofili e una possibilità è la sostituzione dell'atomo di alogeno con un gruppo -OH per dare un alcol tramite una reazione di sostituzione nucleofila.

Il 2-bromopropano reagisce con l'idrossido di sodio per dare 2-propanolo e bromuro di sodio.svg

Nell'esempio, il 2-bromopropano viene convertito in propan-2-olo.

Eliminazione

Anche gli ioni idrossido sono basi forti, quindi anche gli alogenuri alcalini subisconoreazioni di eliminazionein presenza di idrossido di sodio o di potassio.

Il 2-bromopropano reagisce con l'idrossido di sodio per dare propene, bromuro di sodio e acqua.svg

In questa reazione, il 2-bromopropano ha reagito per formare unalchene- propene.

Si noti che un atomo di idrogeno è stato rimosso da uno degli atomi di carbonio terminali insieme al bromo da quello centrale. In tutti i casi semplicireazioni di eliminazionele cose che vengono rimosse si trovano sugli atomi di carbonio adiacenti e undoppio legamesi instaura tra quei carboni.

Cosa determina se si ottiene una sostituzione o un'eliminazione?

I reagenti utilizzati sono gli stessi sia per la sostituzione che per l'eliminazione: l'alogenoalcano e una soluzione di idrossido di sodio o di potassio. In tutti i casi, si otterrà una miscela di entrambe le reazioni: una parte di sostituzione e una parte di eliminazione. Il risultato più probabile dipende da diversi fattori.

La scoperta delle reazioni di sostituzione nucleofila

Nel 1896, il chimico tedesco Paul Walden scoprì che era possibile interconvertire gli acidi malici enantiomerici puri (+) e (-) attraverso una serie di reazioni. Questa conversione implicava che si verificasse una sorta di cambiamento nella stereochimica durante la serie di reazioni. Inizialmente, l'acido (−)-malico veniva fatto reagire con pentacloruro di fosforo (PCl 5 ) per produrre acido (+)-clorosuccinico.

Questo è stato fatto reagire con ossido d'argento (I) (Ag₂O ) per produrre acido (+)-malico. Questi due passaggi combinati hanno causato un'inversione della stereochimica dell'acido (−)-malico in acido (+)-malico. La serie di reazioni è stata quindi continuata per convertire nuovamente l'acido (+)-malico in acido (−)-malico mediante un'ulteriore reazione con PCl₂ e Ag₂O .

Inversione di Walden; l'acido (-)-malico reagisce con PCl5 in etere per dare acido (+)-clorosuccinico, che reagisce con Ag2O:H2O per dare acido (+)-malico.svg

Questi risultati sono stati considerati sorprendenti. Il fatto che l'acido (−)-malico sia stato convertito in acido (+)-malico significava che la configurazione del centro chirale era stata in qualche modo modificata durante la serie di reazioni.

Queste reazioni sono attualmente chiamate reazioni di sostituzione nucleofila, poiché ogni passaggio comporta la sostituzione di un nucleofilo con un altro. Sono tra i tipi di reazione più comuni e versatili in chimica organica.

reazione di sostituzione generica, in cui RX reagisce con un anione nucleofilo per dare R-Nu e l'anione X.svg

Ulteriori studi su queste reazioni furono condotti negli anni '20 e '30 per chiarirne il meccanismo e le modalità con cui si verifica l'inversione di configurazione. Queste reazioni comportavano la sostituzione nucleofila di un alchil p-toluensolfonato (chiamato gruppo tosilato). A tale scopo, i gruppi tosilato agiscono in modo simile a un sostituente alogeno. Nella serie di reazioni, il (+)-1-fenil-2-propanolo viene interconvertito con il (-)-1-fenil-2-propanolo.

strutture per p-toluenesolfonato (tosilato, Tos o Ts) e cloruro di p-toluenesolfonile (TosCl o TsCl).svg

Il (+)-1-fenil-2-propanolo reagisce con TosCl e piridina per ottenere un intermedio. L'intermedio reagisce con acetato per ottenere un secondo intermedio. Il secondo intermedio reagisce con acqua e idrossido per produrre (-)-1-fenil-2-propanolo. Il (-)-1-fenil-2-propanolo reagisce con TosCl e piridina per produrre un intermedio. L'intermedio reagisce con acetato per formare un secondo intermedio. Il secondo intermedio reagisce con acqua e idrossido per produrre (+)-1-fenil-2-propanolo.

Da qualche parte in questa serie di reazioni in tre fasi, la configurazione in un centro chirale viene invertita. Nella prima fase, il tosilato si forma senza rompere il legame CO del centro chirale, il che significa che la configurazione rimane invariata. Analogamente, la scissione dell'estere nella terza fase avviene senza rompere il legame CO del centro chirale, il che significa che anche la configurazione del carbonio chirale non viene influenzata. È stato determinato che la seconda fase, in cui il nucleofilo acetato subisce una sostituzione con il tosilato, causava l'inversione della configurazione stereochimica.

Reazioni acido-base di Brønsted-Lowry

[modifica | modifica sorgente] Per molti versi, il processo di trasferimento protonico in una reazione acido-base di Brønsted-Lowry può essere considerato semplicemente un tipo speciale di reazione di sostituzione nucleofila, in cui l'elettrofilo è un idrogeno anziché un carbonio.

In entrambi i tipi di reazione, osserviamo attori molto simili: una specie ricca di elettroni (il nucleofilo/base) attacca una specie povera di elettroni (l'elettrofilo/protone), allontanando il gruppo uscente/base coniugata. Invece di indicare uno specifico nucleofilo come l'idrossido, ci riferiremo semplicemente al reagente nucleofilo come "Nu". Analogamente, chiameremo il gruppo uscente "X". Studiando le reazioni reali, vedremo che i gruppi uscenti a volte sono carichi negativamente, a volte neutri e a volte positivamente. Vedremo anche alcuni esempi di nucleofili carichi negativamente e alcuni neutri. Pertanto, in questo quadro generale non includeremo una designazione di carica sulla specie "X" o "Nu". Generalizzeremo gli altri tre gruppi legati al carbonio centrale elettrofilo come R1 , R2 e R3 : questi simboli potrebbero rappresentare sia gli idrogeni che i gruppi alchilici. Ecco quindi il quadro generale di una reazione di sostituzione nucleofila concertata (in un unico passaggio).

Reazione generale S N 2

[modifica | modifica sorgente]

Esempio

[modifica | modifica sorgente]

Il meccanismo S N 2

[modifica | modifica sorgente] Le reazioni di sostituzione nucleofila bimolecolare (S N 2 ) sono reazioni concertate , ovvero si svolgono in un unico stadioCiò significa che il processo mediante il quale il S N 2 " N 2 , S sta per "sostituzione", il pedice N sta per "nucleofilo" e il numero 2 si riferisce al fatto che si tratta di una reazione bimolecolare

nucleofiloattacchi e ilgruppo in uscitale foglie sono simultanee. Quindi, il legame tra lenucleofiloe il carbonio elettrofilo si verifica contemporaneamente alla rottura del legame tra il carbonio elettrofilo e l'alogeno. Questo è chiamato "meccanismo. Nel termine S : la velocità complessiva dipende da un passaggio in cui due molecole separate (la nucleofiloe ilelettrofilo) si scontrano. Ilmeccanismoinizia quando gli elettroni di coppia solitaria dalnucleofiloattacca il carbonio elettrofilo delalogenuro alchilicoper formare un legame sigma C-Nu. Contemporaneamente, il legame XC viene rotto quando gli elettroni vengono spinti sulgruppo in uscitaNel complesso durante questomeccanismo, un insieme di elettroni di coppia solitaria vengono trasferiti dalnucleofiloai gruppi in partenza.

Osservando attentamente l'andamento della reazione S₀N₂ ,2 reazione, ti renderai conto di qualcosa di molto importante sul risultato. Il lato posteriore

nucleofilo, essendo una specie ricca di elettroni, deve attaccare il carbonio elettrofilo dalla posizione relativa delgruppo in uscitaL'approccio dal lato frontale semplicemente non funziona: ilgruppo in uscita- che è anch'esso un gruppo ricco di elettroni - blocca la strada.

Il risultato di questo attacco al retro è che lo stereochimico

configurazioneal carbonio centrale si invertementre la reazione procede. In un certo senso, il N e ai substrati trans . Se la configurazione cis trans . Viceversa, se la configurazione trans cis .molecolaviene capovolto. S 2 reazioni che iniziano con ilRL'enantiomero S come substrato formerà l'enantiomero S come prodotto. Quelli che iniziano con l'enantiomero S come substrato formeranno l'Renantiomero come prodotto. Questo concetto si applica anche ai substrati che sono configurazioneè il substrato, il prodotto risultante sarà configurazioneè il substrato, il prodotto risultante sarà

Ciò significa che le reazioni S₂N₂ , tra2 reazioni se

enzimacatalizzati o meno, sono intrinsecamente stereoselettivi: quando la sostituzione avviene a unstereocentro, possiamo prevedere con sicurezza la stereochimicaconfigurazionedel prodotto. Di seguito è riportata un'animazione che illustra i principi appena appresi, mostrando la reazione S₂ tra lo ione idrossido e lo ioduro di metile. Si noti come l'attacco sul retro da parte dell'idrossidonucleofiloprovoca l'inversione del carbonio tetraedricoelettrofilo.

Esempio

[modifica | modifica sorgente]

BimolecolareReazioni di sostituzione nucleofilaECinetica

[modifica | modifica sorgente] Nel termine S N2, (come affermato in precedenza) il numero due sta per bimolecolare, ovvero ci sono due molecole coinvolte nella fase che determina la velocità. La velocità di reazione bimolecolare

reazioni di sostituzione nucleofiladipende dalla concentrazione sia dell'aloalcano che dell'nucleofiloPer capire come la velocità dipende dalle concentrazioni sia dell'aloalcano che dell'nucleofilo, diamo un'occhiata al seguente esempio. Lo ione idrossido è l'nucleofiloe lo ioduro di metile è l'alogenoalcano.

Se raddoppiassimo la concentrazione dell'aloalcano o dell'

nucleofilo, possiamo vedere che la velocità della reazione procederebbe a una velocità doppia rispetto a quella iniziale.

Se raddoppiassimo la concentrazione sia dell'aloalcano che dell'

nucleofilo, possiamo vedere che la velocità della reazione procederebbe quattro volte più velocemente della velocità iniziale.

La reazione di sostituzione nucleofila bimolecolare segue il secondo ordine

cinetica; ovvero, la velocità della reazione dipende dalla concentrazione di due reagenti del primo ordine. Nel caso della sostituzione nucleofila bimolecolare, questi due reagenti sono l'alogenoalcano e l'nucleofiloPer ulteriori chiarimenti sulla reazionecinetica, i seguenti link possono facilitare la comprensione delle leggi di velocità, delle costanti di velocità e del secondo ordinecinetica:

Definizione di velocità di reazione
Leggi di velocità e costanti di velocità
La determinazione della legge di velocità
Reazioni di secondo ordine

Le reazioni S N2 Le reazioni sonoStereospecific

[modifica | modifica sorgente] La reazione S N S ).2 la reazione è

stereospecific. UNstereospecificla reazione è quella in cui diversistereoisomerireagire per dare diversostereoisomeridel prodotto. Ad esempio, se il substrato è un (R) enantiomero, un attacco nucleofilo sul lato frontale provoca la ritenzione diconfigurazione, e la formazione del (R) enantiomero. Un attacco nucleofilo sul lato posteriore provoca l'inversione diconfigurazione, e la formazione del (

Al contrario, se il substrato è un enantiomero ( S S ).) enantiomero, un attacco nucleofilo sul lato frontale provoca la ritenzione di

configurazione, e la formazione dell'enantiomero ( ). Un attacco nucleofilo sul lato posteriore provoca l'inversione diconfigurazione, e la formazione del (R

In conclusione, le reazioni S N 2 che iniziano con l'enantiomero ( R ) come substrato formeranno l'enantiomero ( S ) come prodotto. Quelle che iniziano con l'enantiomero ( S ) come substrato formeranno l'enantiomero ( R ) come prodotto. Questo concetto si applica anche ai substrati cis e ai substrati trans . Se la configurazione cis è il substrato, il prodotto risultante sarà trans . Viceversa, se la configurazione trans è il substrato, il prodotto risultante sarà cis .

11.3 da mettere

Reazione Generale SN1

[modifica | modifica sorgente] Quando si osserva la seguente reazione di sostituzione, ci si aspetterebbe che sia estremamente lenta. La reazione rappresenta un caso peggiore secondo le regole di una reazione SN2: il substrato è ingombrato stericamente, il nucleofilo è relativamente debole e il solvente è polare protico. Tuttavia, la reazione procede rapidamente e preferisce substrati terziari rispetto ai metilici, il che è opposto alla tendenza osservata nelle reazioni SN2. Ha quindi senso che questa reazione di sostituzione avvenga tramite un meccanismo diverso da quello SN2.

Reazione SN1 generale tra R-X e H₂O per dare R-OH e HX

Reattività nelle reazioni SN1: i gruppi metilici sono i meno reattivi, i primari leggermente più reattivi, i secondari molto più reattivi e i terziari i più reattivi.

Il Meccanismo SN1

[modifica | modifica sorgente] Un secondo modello di reazione di sostituzione nucleofila è chiamato meccanismo "dissociativo" o SN1. Nella reazione SN1, il legame tra substrato e gruppo uscente si rompe quando il gruppo uscente si allontana portando con sé la coppia di elettroni che prima costituiva il legame.

Fase 1: rottura del legame carbonio–gruppo uscente → formazione di un carbocatione e un anione gruppo uscente.

Questo porta alla formazione di un carbocatione, cioè un atomo di carbonio con carica positiva. Poiché ha solo tre legami, ha una carica formale di +1. È ibridato sp², con geometria trigonale planare. La carica positiva risiede in un orbitale p non ibridato perpendicolare al piano formato dai tre legami sigma. La formazione del carbocatione non è energeticamente favorita, quindi questa è la fase più lenta e determina la velocità complessiva della reazione. La fase che controlla la velocità della reazione è detta fase determinante del rate.

Carbocatione intermedio: ha un orbitale p vuoto sul carbonio centrale.

Fase 2: il nucleofilo attacca l'orbitale p vuoto del carbocatione formando un nuovo legame e restituendo al carbonio una geometria tetraedrica. Poiché il gruppo uscente è già partito, non è necessario un attacco posteriore (come nello SN2). Il nucleofilo può attaccare da entrambi i lati del carbocatione planare → si ottengono entrambi gli enantiomeri, quindi un miscuglio racemico.

Meccanismo SN1: Fase 1 – rottura del legame; Fase 2 – attacco dell’acqua; Fase 3 – deprotonazione → alcol neutro.

Diagrammi di Coordinata di Reazione e SN1

[modifica | modifica sorgente] Nella reazione SN1 si osserva un esempio di intermedio di reazione, un concetto chiave nello studio dei meccanismi organici. Molte reazioni organiche non avvengono in un unico passaggio, ma in più fasi con specie intermedie che reagiscono rapidamente. Nell’SN1, il carbocatione è un intermedio di reazione.

Un diagramma dell’energia potenziale mostra che il carbocatione si trova in una “valle” energetica tra due stati di transizione, con energia più alta rispetto ai reagenti e ai prodotti.

Diagramma energetico SN1 con nucleofilo negativo.

Ci sono importanti conseguenze per la natura unimolecolare della fase determinante nel meccanismo SN1. Poiché la dissociazione è il passaggio più lento, la velocità dipende solo dalla concentrazione del substrato, non dal nucleofilo.

Diagramma Energetico con Nucleofilo Neutro

[modifica | modifica sorgente] Nel caso di un nucleofilo neutro, c’è una fase aggiuntiva di deprotonazione. Il diagramma mostra due intermedi positivi (I1 e I2) come valli energetiche. La prima fase (rottura del legame) è la più lenta e ha l’energia di attivazione più alta → è la fase determinante della velocità.

La seconda fase (formazione del legame con il nucleofilo) è rapida, e la terza è un trasferimento protonico secondo Brønsted–Lowry, anch’esso rapido e con bassa energia di attivazione.

Stato di Transizione SN1

[modifica | modifica sorgente] Nel primo stato di transizione (TS1), il legame carbonio–gruppo uscente si sta rompendo. Il legame è rappresentato con una linea tratteggiata, e si mostrano cariche parziali: positiva sul carbonio e negativa sul gruppo uscente.

SN1 – Curva energetica completa

TS1: stato di transizione della prima fase della reazione SN1 con nucleofilo neutro.

Cinetica della Reazione SN1

[modifica | modifica sorgente] Nella prima fase della SN1, da una molecola neutra si formano due specie cariche. È il passaggio più lento e quindi la fase determinante. L’energia di attivazione per la prima fase è maggiore rispetto alle altre → la reazione segue una cinetica del primo ordine: solo la concentrazione del substrato influenza la velocità.

Legge della velocità:

velocità = k [substrato]

Poiché il nucleofilo non è coinvolto nella fase limitante, la sua concentrazione e forza non influenzano la velocità della reazione SN1.

Considerazioni Stereochimiche

[modifica | modifica sorgente] Le reazioni SN2 portano a inversione della configurazione stereochimica. In SN1, il meccanismo è diverso, quindi il risultato stereochimico cambia. Il carbocatione intermedio è sp² e planare, con un orbitale p vuoto.

→ Il nucleofilo può attaccare da entrambi i lati → si ottiene un miscuglio racemico (sia inversione che ritenzione della configurazione).

Ma non è sempre 50:50. I dati sperimentali mostrano che l’inversione è spesso favorita a causa della formazione di coppie ioniche: dopo la dissociazione, il carbocatione e l’anione gruppo uscente rimangono elettrostaticamente associati. Questo "schermo" temporaneo su un lato del carbocatione favorisce l’attacco nucleofilo dall’altro lato → prevalenza del prodotto con inversione.

Solo quando l’anione si allontana completamente si può avere un attacco libero da entrambi i lati → racemizzazione.

Esempio: Idrolisi di (S)-3-cloro-3-metilesano

→ 40% (S)-3-metilesan-3-olo (ritenzione)

→ 60% (R)-3-metilesan-3-olo (inversione)

→ + H₃O⁺Cl⁻

Il substrato nelle reazioni S N 1

[modifica | modifica sorgente] Come discusso nella sezione precedente, le reazioni S N 1 seguono una cinetica di primo ordine grazie a un meccanismo a più fasi in cui la fase che determina la velocità consiste nella ionizzazione dell'alogenuro alchilico per formare un carbocatione.

Lo stato di transizione per la fase determinante la velocità mostra la transizione di un alogenuro alchilico a un carbocatione. Poiché la fase determinante la velocità è endotermica, il postulato di Hammond afferma che lo stato di transizione assomiglia maggiormente all'intermedio carbocationico. I fattori che stabilizzano questo intermedio abbasseranno l'energia di attivazione per la fase determinante la velocità e causeranno un aumento della velocità di reazione. In generale, un intermedio carbocationico più stabile formato durante la reazione consente una velocità di reazione S₀₁ più elevata .

Stato di transizione 1

(TS 1 ‡ )

Nella Sezione 7-9, la stabilità dei carbocationi alchilici è stata dimostrata essere 3 ° > 2 ° > 1 ° > metile. Due casi speciali di carbocationi stabilizzati per risonanza, allile e benzile, devono essere considerati e aggiunti all'elenco. La delocalizzazione della carica positiva su un sistema orbitale p esteso consente ai carbocationi allilici e benzilici di essere eccezionalmente stabili. L'ibrido di risonanza di un catione allilico è costituito da due forme di risonanza, mentre l'ibrido di risonanza del carbocatione benzilico è costituito da cinque.

Strutture di risonanza per un carbocatione benzilico

Strutture di risonanza per un carbocatione allilico

Stabilità del carbocatione	CAPITOLO 3 (+)	<	Canale 3 Canale 2 (+)	<	(CA 3 ) 2 CA (+)	≈	CH 2 =CH-CH 2 (+)	≈	C 6 H 5 CH 2 (+)	≈	(CH 3 ) 3 C (+)

Effetti dell'abbandono del gruppo

[modifica | modifica sorgente] Poiché la rimozione del gruppo uscente è coinvolta nella fase che determina la velocità del meccanismo S N 1, la velocità di reazione aumenta con un buon gruppo uscente. Un buon gruppo uscente può stabilizzare più velocemente la coppia di elettroni che si forma dopo la rottura del legame C-gruppo uscente. Una volta che il legame si rompe, si forma il carbocatione e più velocemente si forma il carbocatione, più velocemente può entrare il nucleofilo e più velocemente si completa la reazione.

Poiché le basi deboli tendono a trattenere saldamente i propri elettroni, sono molecole a bassa energia e tendono a formare buoni gruppi uscenti. Le basi forti, d'altra parte, donano facilmente elettroni perché sono molecole reattive ad alta energia. Pertanto, non sono tipicamente buoni gruppi uscenti. Procedendo da sinistra a destra nella tavola periodica, la capacità di donare elettroni diminuisce e quindi la capacità di essere un buon gruppo uscente aumenta. Gli alogenuri sono un esempio di un buon gruppo uscente la cui capacità di formare un buon gruppo uscente aumenta scendendo nella colonna degli alogeni della tavola periodica.

Le due reazioni seguenti variano solo per i diversi gruppi uscenti presenti in ciascuna reazione. La reazione con un gruppo uscente più stabile è significativamente più veloce dell'altra. Questo perché il gruppo uscente migliore si allontana più velocemente e quindi la reazione può procedere più velocemente.

In condizioni acide, il gruppo -OH di un alcol può essere convertito in un gruppo uscente di acqua neutra tramite protonazione. Come discusso nella Sezione 10-5 , ciò si verifica durante la conversione di un alcol terziario in un alogenuro alchilico tramite reazione con HCl o HBr. Poiché il gruppo -OH stesso è un nucleofilo debole, il meccanismo inizia con la protonazione per formare uno ione idronio. L'acqua neutra viene quindi persa come gruppo uscente per creare l'intermedio carbocationico che a sua volta reagisce con il nucleofilo dello ione alogenuro per fornire il prodotto alogenuro alchilico. Questa reazione funziona meglio quando si utilizza un alcol terziario perché produce un intermedio carbocationico stabile.

Il nucleofilo

[modifica | modifica sorgente] Poiché i nucleofili partecipano solo al secondo passaggio rapido, le loro concentrazioni molari relative, piuttosto che la loro nucleofilicità, dovrebbero essere il fattore principale che determina il prodotto. Se si utilizza un solvente nucleofilo come l'acqua, la sua elevata concentrazione garantirà che gli alcoli siano il prodotto principale. Sebbene possa verificarsi la ricombinazione dell'anione alogenuro con l'intermedio carbocationico, essa riforma semplicemente il composto di partenza. Inoltre, ciò è meno probabile poiché ci sono meno molecole del gruppo uscente in soluzione rispetto a quelle del solvente. Si noti che le reazioni S N 1 in cui il nucleofilo è anche il solvente sono comunemente chiamate reazioni di solvolisi . La reazione S N 1 del bromuro di allile in metanolo è un esempio di quella che chiameremmo metanolisi , mentre se l'acqua è il solvente la reazione sarebbe chiamata idrolisi :

La forza del nucleofilo non influenza la velocità di reazione di S₂N₂ perché , come descritto in precedenza, il nucleofilo non è coinvolto nella fase che determina la velocità. Tuttavia, se più di un nucleofilo compete per legarsi al carbocatione, la forza e la concentrazione di tali nucleofili influenzano la distribuzione dei prodotti ottenuti. Ad esempio, se (CH₄ ) ₄₄CCl reagisce in acqua e acido formico, dove l'acqua e l'acido formico sono nucleofili concorrenti, si otterranno due prodotti diversi: (CH₄ ) ₄COH e (CH₄ ) ₄COCOH . Le rese relative di questi prodotti dipendono dalle concentrazioni e dalle reattività relative dei nucleofili.

Effetti del solvente sulla reazione S N 1

[modifica | modifica sorgente] Poiché l'atomo di idrogeno in un solvente protico polare è altamente carico positivamente, può interagire con il nucleofilo anionico, il che influenzerebbe negativamente una reazione S₂N₂ , che dipende dall'attacco nucleofilo durante la fase determinante della velocità della reazione. Tuttavia, questo non influenza una reazione S₂N₂ , poiché il nucleofilo non partecipa alla fase determinante della velocità. I solventi protici polari accelerano effettivamente la velocità della reazione di sostituzione unimolecolare perché l'elevato momento di dipolo del solvente contribuisce a stabilizzare lo stato di transizione simile a un carbocatione. Poiché il carbocatione è instabile, qualsiasi cosa possa stabilizzarlo anche solo di poco accelererà la reazione.

La polarità e la capacità del solvente di stabilizzare il carbocatione intermedio sono molto importanti, come dimostrato dai dati relativi alla velocità di reazione per una solvolisi (vedi tabella sottostante). La costante dielettrica di un solvente fornisce approssimativamente una misura della polarità del solvente. Una costante dielettrica inferiore a 15 è generalmente considerata non polare. In sostanza, la costante dielettrica può essere considerata come la capacità del solvente di ridurre la carica interna del solvente. Quindi, ai nostri fini, maggiore è la costante dielettrica, più polare è la sostanza e, nel caso di reazioni S₀₁ , maggiore è la velocità.

Solvente	Costante dielettrica	Tasso relativo
CH3CO2H	6	1
CH 3 OH	33	4
H2O	78	150.000

(si noti che anche se l'acido acetico è una molecola altamente polare, tende a formare un dimero con se stesso, riducendo notevolmente la sua costante dielettrica)

Prevedere i meccanismi SN1 vs SN2

[modifica | modifica sorgente] Quando si valuta se una sostituzione nucleofila avverrà secondo un meccanismo SN1 oppure SN2, bisogna considerare attentamente tre fattori principali:

1) L'elettrofilo (il substrato)

Quando il gruppo uscente è legato a un gruppo metilico o a un carbonio primario, è favorito un meccanismo SN2.

In questi casi, l’elettrofilo non è ostacolato da gruppi circostanti e qualsiasi carbocatione intermedio (richiesto per SN1) sarebbe troppo instabile e quindi improbabile.

Al contrario, quando il gruppo uscente è legato a un carbonio terziario, allilico o benzilico, il carbocatione intermedio che si forma è relativamente stabile, e quindi è favorito un meccanismo SN1.

2) Il nucleofilo

Nucleofili forti, in particolare quelli carichi negativamente, favoriscono un meccanismo SN2.

Nucleofili deboli, come l’acqua o gli alcoli, favoriscono invece un meccanismo SN1.

3) Il solvente

Le reazioni SN2 sono favorite da solventi polari aprotici, che aumentano la reattività del nucleofilo.

Le reazioni SN1 sono favorite da solventi polari protici, che stabilizzano il carbocatione intermedio.