Réaction S_N2: cinétique

Une réaction de substitution nucléophile d’un halogénure d’alkyle peut se dérouler selon deux mécanismes possibles : soit en une seule étape où la rupture et la formation de liaisons se produisent simultanément, soit en un processus par étapes, y compris la formation d’un intermédiaire de carbocation. Mais comment cela est-il déterminé ?

À la fin des années 1930, Sir Christopher Ingold et Edward D. Hughes ont étudié la cinétique de diverses réactions de substitution nucléophile afin d’élucider quel mécanisme est favorisé.

La vitesse de réaction a été déterminée expérimentalement en mesurant la vitesse initiale de disparition du réactif ou l’apparence du produit. De plus, l’effet de la concentration du réactif sur l’équation de vitesse a été étudié en faisant varier la concentration d’un réactif tout en gardant l’autre constant.

Ingold et Hughes ont observé que la vitesse de réaction des halogénures d’alkyle primaires, comme le chlorométhane avec les ions hydroxyde, dépend linéairement de la concentration des deux réactifs pour un solvant donné et des conditions de température. Le doublement de la concentration de l’un ou l’autre réactif à la fois a doublé le taux. Lorsque la concentration des deux réactifs a été doublée, le taux a quadruplé, ce qui indique que la réaction entre l’halogénure d’alkyle primaire et le nucléophile suit une cinétique de second ordre.

Cela suggère que le nucléophile et l’halogénure d’alkyle entrent en collision en une seule étape pour former le produit au cours de cette réaction de substitution, ce qui signifie que la molécule de cette réaction est bimoléculaire, car deux espèces participent à l’étape de limitation de vitesse.

Ainsi, les réactions suivant ce mécanisme sont classées comme réactions de substitution, nucléophiles, de 2e ordre ou, en abrégé, comme réactions S_N2.

Étant donné que les deux réactifs influencent la vitesse de réaction dans les réactions S_N2, la vitesse et le rendement de la réaction peuvent être améliorés en choisissant des nucléophiles plus forts et des électrophiles carbonés contenant de meilleurs groupes de départ.

De plus, la vitesse d’une réaction S_N2 est influencée par les concentrations de réactifs, la température et le solvant.