Le reazioni SN2

Una reazione SN2 è una reazione di sostituzione nucleofila in cui lo stadio che determina la velocità della reazione coinvolge due componenti. Il nome della reazione deriva da S, che sta per "sostituzione", N per "nucleofila" e 2 a rappresentare l'ordine cinetico della reazione, o semplicemente il numero di componenti coinvolti nello stadio che determina la velocità della reazione.

Una reazione SN2 ha luogo dalla combinazione di un buon nucleofilo e un substrato con un centro di reazione elettrofilo attaccato a un buon gruppo uscente. Ne è un esempio il legame carbonio-alogeno (C-X) presente in un alogenuro alchilico.

Figura 1: Meccanismo generale delle reazioni SN2. L è il gruppo uscente, Nu il nucleofilo e il carbonio parzialmente positivo è un elettrofilo.

Le reazioni SN2 sono reazioni bimolecolari che avvengono in un unico stadio in cui la formazione e la rottura del legame avvengono contemporaneamente: la reazione si dice quindi concertata. Dal momento che le reazioni SN2 avvengono in uno stadio, una caratteristica chiave di questa sostituzione è che il meccanismo non procede attraverso un intermedio di reazione; il nucleofilo si coordina invece al centro di reazione per formare un legame nello stesso momento in cui il legame C-X si rompe. Questo risulta in una inversione di configurazione allo stereocentro di reazione.

Fattori che influenzano una reazione SN2:

Nucleofilo:

I nucleofili migliori sono forti, caricati negativamente, e ad alta energia. Poiché il nucleofilo è un reagente, in un diagramma energetico un buon nucleofilo aumenterebbe l'energia dei reagenti. Aumentando l'energia dei reagenti, l'energia di attivazione, ovvero la differenza di energia tra i reagenti e lo stato di transizione, si abbassa.

Solvente:

La velocità di una reazione SN2 è significativamente influenzata dal solvente in cui la reazione ha luogo. I solventi protici (ad esempio acqua o alcoli con capacità di donare legami a idrogeno) diminuiscono la forza del nucleofilo a causa di un effetto di solvatazione. I solventi protici riducono l'energia del nucleofilo, quindi l'energia dei reagenti è più bassa e l'energia di attivazione aumenta. Le forti interazioni di legame a idrogeno tra i protoni del solvente e le coppie solitarie altamente reattive sul nucleofilo formano una "gabbia" che impedisce al nucleofilo di reagire. Le reazioni SN2 sono più veloci in solventi polari e aprotici (per esempio l'acetone) che non possono creare legami a idrogeno.

Gruppo uscente:

Il miglior gruppo uscente abbassa l'energia dello stato di transizione, riducendo quindi l'energia di attivazione.

Effetti sterici:

Poiché le reazioni SN2 si basano molto sul facile accesso al centro di reazione, gli effetti sterici sono un fattore importante che potrebbe impedire la reazione. Un alogenuro alchilico di grandi dimensioni aumenta l'energia dello stato di transizione, aumentando quindi l'energia di attivazione. Selezionando un alogenuro alchilico meno stericamente ostacolato e un nucleofilo forte, è possibile favorire la reazione SN2 rispetto a reazioni potenzialmente concorrenti come la reazione SN1 o reazioni di eliminazione.