Reacciones Sn1 vs. Sn2

Conceptos básicos

En este tutorial, aprenderá a distinguir explícitamente entre los diferentes aspectos de las reacciones sn1 vs.sn2, e identificar los factores que hacen que cada uno sea más probable que ocurra.

Temas relacionados

• Reacciones Sn1
• Reacciones Sn2
• Qué es un nucleófilo
• Qué es un electrofilo
• Obstáculo estérico
• Cationes y aniones
• Polaridad
• Tasas de reacción & Ley de tasas

Vocabulario

• Aprótico (solvente): un solvente que no contiene átomos de hidrógeno unidos al oxígeno, nitrógeno o flúor, y por lo tanto no puede unirse al hidrógeno. Puede contener átomos de hidrógeno en otros lugares, como el enlace al carbono.
• Carbocación: un ion con un carbono cargado positivamente.
• Grupo de salida: el átomo o grupo de átomos que se desprenden de la molécula durante el curso de la reacción.
• Prótico (solvente): un solvente que contiene un hidrógeno unido a un átomo de oxígeno, nitrógeno o flúor, que puede servir como fuente de átomos H+. Este es un solvente que tiene la capacidad de unirse al hidrógeno.
• Solvatación: proceso en el que las moléculas de disolvente rodean e interactúan con las moléculas de soluto disueltas.
• Obstáculo estérico: interacciones no enlazantes entre moléculas, resultantes de su forma física, que afectan las formas en que interactúan.

Ecuaciones de velocidad Sn1 vs. Sn2

Los números asociados con las reacciones Sn1 y Sn2 pueden parecer contradictorios al principio. Si piensa en el número de pasos involucrados en estas reacciones, parecen hacia atrás. Sin embargo, los números se refieren al número de reactivos involucrados en el paso determinante de la velocidad, no al número de pasos. El paso más lento de una reacción es el que limita la velocidad de la reacción general, al igual que el cuello de una botella determina la rapidez con la que se puede verter su contenido.

En una reacción Sn1, este paso más lento es la disociación del electrófilo, cuando el grupo saliente se va. Este proceso no depende de la concentración de nucleófilo, porque el nucleófilo solo participa en el segundo paso. Como resultado, podemos escribir la ecuación de velocidad como R = k, es decir, la velocidad de reacción está relacionada por la constante de velocidad k a la concentración de UN reactivo, el electrofilo. Otra forma de decir esto es que la reacción es “unimolecular”, y por eso la llamamos Sn1: Sustitución – nucleofílica – unimolecular.

De manera similar, debido a que DOS reactivos deben unirse en el paso determinante de la velocidad (y único) de una reacción Sn2, llamamos a este tipo de reacción “bimolecular” y escribimos su ecuación de velocidad como R = k. Esto lleva al nombre Sn2: Sustitución – nucleofílica – bimolecular.

Sn1 vs Electrófilos Sn2

La posición del grupo saliente en el electrófilo es quizás la más significativa a la hora de distinguir entre reacciones sn1 vs.sn2.

Sn1: si el grupo saliente está unido a un carbono terciario, es más probable que experimente una reacción sn1; si está unido a un carbono secundario, es menos probable, y si está unido a un carbono primario, es muy improbable, esencialmente imposible. Esto se debe a que el primer paso en una reacción sn1 es la formación de carbocatión, a medida que el grupo saliente se separa. Un terciario carbocation es relativamente estable, mientras que la principal carbocation es muy inestable. Por lo tanto, cuanto más estable sea el carbocatión resultante, más probable será una reacción sn1.

Para resumir: Terciario > secundario > primario

Sn2: si el grupo saliente está unido a un carbono primario, es más probable que experimente una reacción sn2; si está unido a un carbono secundario, es menos probable, y si está unido a un carbono terciario, es muy improbable, esencialmente imposible. Esto se debe a que en una reacción sn2, el nucleófilo “ataca” al electrófilo tal como está, por lo que físicamente tiene que haber espacio para que lo haga. Un carbono primario es el único conectado a otro carbono, por lo que tiene el menor obstáculo estérico; un carbono terciario, sin embargo, está conectado a otros tres carbonos, y por lo tanto habrá muchos otros grupos que se interpongan en el camino del nucleófilo. Por lo tanto, cuanto más obstáculo estérico, menos parecido a sn2 ocurrirá.

En resumen, la tendencia es directamente opuesta a la de sn1: Primaria > secundaria > terciaria

Sn1 vs. Nucleófilos Sn2

Sn1: En reacciones sn1, el nucleófilo tiende a no estar cargado y ser más débil, ya que está “atacando” una carbocación. Esto significa que no se necesitará mucha fuerza para que ocurra el segundo paso, el ataque nucleofílico, ya que la carga del electrófilo lo alienta. A menudo, en una reacción sn1, el nucleófilo es el disolvente en el que se produce la reacción.

Algunos ejemplos de nucleófilos comunes a las reacciones sn1 son: CH3OH, H2O

Sn2: En las reacciones sn2, el nucleófilo desplaza al grupo saliente, lo que significa que debe ser lo suficientemente fuerte para hacerlo. A menudo, esto significa que el nucleófilo está cargado; si no, debe ser un nucleófilo fuerte neutro. Dicho esto, preste atención también a las estéricas, ya que un nucleófilo muy voluminoso no podrá hacer una reacción sn2.

Algunos ejemplos de nucleófilos comunes a las reacciones sn2 son: KOEt, NaCN
Tenga en cuenta que en realidad son nucleófilos cargados, ya que contienen enlaces iónicos. El NaCN, por ejemplo, en una reacción actúa como Na+ y CN -, haciendo del CN – el nucleófilo cargado.

Solventes Sn1 vs. Sn2

Sn1: Las reacciones Sn1 tienden a ocurrir en solventes polares y proticos, porque pueden estabilizar mejor la carga de carbocatión a través de su fuerte poder solvente. Esto significa esencialmente que el disolvente protico puede rodear la carga e interactuar con ella, lo que estabiliza la carga. En el caso de los disolventes proticos, tienen la capacidad de unirse al hidrógeno, pero en las reacciones sn1 estabilizan el carbocatión a través de interacciones dipolares. Además, el solvente polar y protico puede unirse a hidrógeno con el grupo saliente, estabilizándolo también.

Algunos ejemplos de disolventes comunes a las reacciones sn1 son: agua, alcoholes, ácidos carboxílicos

Sn2: Las reacciones Sn2 tienden a ocurrir en disolventes apróticos polares. Esto se debe a que son lo suficientemente polares como para disolver el nucleófilo y permitir que la reacción proceda, pero no tienen la capacidad de enlace de hidrógeno ni un poder solvente tan fuerte como los disolventes para las reacciones sn1. Esto tiene sentido, ya que no tienen que estabilizar una carbocación en reacciones sn2. De hecho, un poder solvente demasiado fuerte, como los solventes polares y proticos, dificultará las reacciones sn2 porque solvatará el nucleófilo y evitará que “ataque” al electrófilo.

Algunos ejemplos de disolventes comunes a las reacciones sn2 son: acetona, DMSO (dimetilsulfóxido), acetonitrilo

Sn1 vs.Grupos de salida Sn2

Sn1 y Sn2: Tanto las reacciones sn1 como sn2 requieren buenos grupos de salida, por lo que la naturaleza del grupo de salida no afecta mucho el tipo de reacción. Sin embargo, un grupo que se va muy pobre puede evitar que se produzca cualquier reacción.

Un buen grupo saliente es uno que es altamente electronegativo, porque un grupo saliente necesita ser capaz de tomar los electrones de su enlace para irse. Cuanto más electronegativa es una especie, mayor es su capacidad para atraer electrones, especialmente los de un par unido.

Algunos ejemplos de grupos de salida buenos comunes a las reacciones sn1 y sn2 son: Cl–, Br–, I–, H2O

Resumen

Por lo tanto, la estructura del electrófilo es la forma más fácil de determinar en una reacción que procederá a través de sn1 vs.sn2. Si el grupo saliente está unido a un carbono primario o terciario, en la mayoría de los casos puede asumir automáticamente una reacción sn1 o sn2, respectivamente. Si está unido a un carbono secundario, el caso es un poco más ambiguo. Es posible que tenga que confiar en otras pistas para determinar qué reacción será. En estos casos, fíjese en el nucleófilo (si es carga / sin carga, o fuerte / débil) y en el disolvente (si es protico o aprótico).