Written by J.A. Dobado | Last Updated on 3 años
¿Qué es la sustitución nucleófila (SN1 y SN2)?
La sustitución nucleófila (SN1 y SN2) es probablemente una de las reacciones más versátiles en Síntesis Orgánica, ya que permite obtener una gran variedad de funciones.
Índice
El esquema general de la reacción es el siguiente:
en donde L es el llamado grupo saliente y Nu un nucleófilo. Se produce la rotura del enlace C–L y formación de un nuevo enlace C–Nu. La reacción tiene lugar según dos mecanismos:
Sustitución nucleófila bimolecular SN2
En la reacción SN2, la formación y rotura de los enlaces C–Nu y C–L de forma simultánea como se indica en el siguiente esquema:
Presenta una cinética de segundo orden (v = k·[sustrato]·[nucleófilo]) y transcurre con inversión de la configuración mediante un estado de transición pentacoordinado.
Sustitución nucleófila unimolecular SN1
En la reacción SN1, se produce la rotura del enlace C–L, formación de un carbocatión y ataque del nucleófilo sobre éste para dar un enlace C–Nu. Presenta una cinética de primer orden (v = k·[sustrato]) y transcurre con racemización cuando el sustrato de partida es quiral. Cuando la reacción se produce por efecto del disolvente se denomina solvólisis.
Factores que afectan la sustitución nucleófila (SN1 y SN2)
Se puede predecir el mecanismo de una reacción de sustitución con bastante precisión teniendo en cuenta los factores que afectan al desarrollo de esta reacción:
a) Sustrato b) Grupo saliente c) Nucleófilo d) Disolvente
Efecto del sustrato en la reacción
La naturaleza del sustrato es uno de los factores más relevantes en la reacción de sustitución nucleófila. En la tabla se recoge el comportamiento de diferentes sustratos y su tendencia a dar o no las reacciones de sustitución mediante un mecanismo SN1 o SN2.
| Sustrato | SN1 | SN2 |
| CH3-X | Nunca en disolución | Rápida con buenos nucleófilos |
| R-CH2-X | Rápida con buenos nucleófilos, salvo que haya ramificaciones en R- | |
| R’R”CH-X | Lenta, se ve favorecida con buenos grupos salientes y disolventes polares próticos | Lenta, se ve favorecida con buenos nucleófilos y disolventes apróticos |
| R’R”R»’C-X | Rápida con buenos grupos salientes y disolventes próticos | Muy poco probable |
| H2C=CH-CH2-X | Lenta, favorecida con disolventes próticos polares | Rápida, se ve favorecida con buenos nucleófilos y disolventes apróticos |
| Ph-CH2-X |
Efecto del grupo saliente en la reacción
Los grupos salientes son especies débilmente básicas que cuando se rompe el enlace, que les mantiene unidos al carbono del sustrato, generan especies estables. Pueden ser aniones o moléculas neutras.
| Grupo saliente | Clasificación |
| -O-SO2-R (sulfonatos) | Excelente |
| -I | Muy bueno |
| -Br | Bueno |
| -Cl | Regular |
| -F | Malo |
| -OH, -NH2, -OR | Muy malo |
Los grupos hidroxilo se pueden convertir en buenos grupos salientes, transformándolos en los correspondientes sulfonatos.
Efecto del nucleófilo en la reacción
La nucleofilia es la capacidad que presenta un grupo de actuar como nucleófilo en una reacción de sustitución. Esta capacidad es función de la disponibilidad de los electrones que rodean al nucleófilo para atacar al sustrato.
Si se compara el comportamiento como nucleófilos de especies similares, donde un heteroátomo se une a un hidrógeno, en un mismo disolvente, se observa una variación a lo largo de la tabla periódica como la que se representa en la figura.
| Nucleófilos | Clasificación |
| HS–, RS–, PhS–, NH2–, HC≡C–, organometálicos | Muy bueno |
| HO–, RO–, NH3, Br–, I–, CN–, N3– | Bueno |
| RCOO–, Cl– | Medio |
| H2O, ROH, F– | Malo |
Efecto del disolvente en la reacción
Aquellos disolventes que estabilicen los intermedios (carbocationes) o estados de transición en la SN1 y SN2, respectivamente, favorecerán la reacción.
SN1: se favorece con disolventes polares próticos (agua, alcoholes, ácidos carboxílicos).
SN2: se favorece con disolventes apróticos moderadamente polares (acetona, acetonitrilo, DMF), siempre que sustrato y nucleófilo sean solubles.