Sostituzioni Nucleofile: teoria e esercizi con stereochimica

Sostituzioni Nucleofile al Csp3

Il termine SN indica che sostituiamo un nucleofilo con un secondo nucleofilo. Può esser utile per la sintesi e avvengono anche a livello biologico. Sono reazioni che avvengono su un Csp3 che in generale non sono molto reattivi.

Non avvengono sugli alcani (anche detti paraffine = poco affini) tanto più che nessun C di un alcano lega un nucleofilo.

SN1 ↨ Esistono 2 tipi di "SN" ↨ SN2

Le 2 indica l'ordine della reazione

Le SN1 e SN2 avvengono su C sp3

E' importante capire se la reazione avviene con meccanismo SN1 o SN2, perché mi può determinare il tipo di prodotti che avrò.

Occorrente per le SN1 e 2

• Un substrato contenente un C sp3 elettrofilo
• Un Nucleofilo cioè specie con doppietto elettronico che può donare

RCsp3-Xelettrofilo uscente + Nu⁻ → R-Nu + X⁻

CH₃-Cl + OH⁻ → CH₃-OH + Cl⁻

CH₃-Br + I⁻ → CH₃-I + Br⁻

CH₃-CH₂-Cl + OCH₃⁻ → CH₃CH₂-OCH₃ + Cl⁻

CH₃CH₂CH₂-I + S²⁻ → CH₃CH₂CH₂-SH + I⁻

Tra i migliori substrati possibili per fare le S_N

ci sono gli alogenuri alchilici.

Partendo da alogenuri alchilici possiamo

ottenere alcoli, tioli, eteri ecc

A finché una reazione avvenga facilmente

uno dei requisiti fondamentali è che

l’uscita del gruppo uscente avvenga con

facilità

→ Un buon substrato sarà uno che ha un C

elettrofilo e il gruppo uscente sia buono

ad uscire

C^δ+-X^δ− + Nu⁻ → C-Nu

+ X⁻

La bontà del gruppo uscente è tanto

maggiore quando la specie X⁻ è la

base coniugata di un acido forte

Cioè molto stabile come base

Cariche dello stesso segno si respingono e cariche opposte si attraggono sarà logico pensare che l'attacco del nucleofilo al elettrofilo sarà dalla parte opposta del legame tra C-X.

* in questa situazione ho che la lunghezza d'attacco H-O-C è quasi ottimale per potersi formare e quella C-C che si sta piano piano allontando per rompersi!

Solo nello stato di transizione si può immaginare 3 legami con 3 H sullo stesso piano e gli altri 2 alzeranno in piani diversi.

Un attacco così fatto porterà ad avere prodotti completamente il legame H-C in direzione opposta rispetto al legame di partenza dei reagenti

esempio ombrello al vento.

La reazione che prevede l'uscita del metossido dai prodotti è reversibile?

Per farla avvenire servirebbe che l'os^(-) fosse un buon gruppo uscente ma l'os^(-) è base coniugata del metanolo che NON è acido (debolissimo) quindi questa reaz. inversa non avviene!

(Terz-butilbromuro)

(Etilbromuro)

Cambia il tipo di carbonio:

• Primario (S_N2)
• Terziario (S_N1)

La natura del substrato detta il tipo di S_N che possiamo fare!

Dimostrazione Con Stereochimica

La reazione Sn2 avviene con lo stesso meccanismo flip flop delle ammine. I 3 sostituenti nel substrato puntano verso sx mentre nel prodotto sono a dx.

La Sn2 comporta inversione sostituenti dell' "c" che subisce l'attacco.

Sn2 → Inversione → C stereocentro che subisce l'attacco può succedere.

• Se ho solo un enantiomero come substrato mi ritrovo l'altro enantiomero come prodotto NON per forza mi cambia la direzione dei sostituenti. Da S a R ma non per forza. S diventa R e viceversa.

Se ho una Sn1 avrò la rottura C-X senza presenza del Nu mi si forma carbocatione con orbitale 2p vuoto.

L'attacco può avvenire in 2 percorsi distinti ognuno con il 50% di probabilità.

_C≡N iltrile"

• C₂ → centro stereogenico
• C₃ → centro stereogenico

3-bromo 2-etil butanonitrile

Può il 3-bromo 2-etil butanonitrile partecipare come substrato per S_N?

Sì! è un bromuro secondario

Con 2 centri stereog. si possono avere fino a 2² stereo isomeri.

(2S, 3R) 3-bromo-2-metil butanonitrile