Réaction S_N1: mécanisme

Rappelons que lorsqu’un halogénure tertiaire réagit dans une solution aqueuse pour donner un produit substitué nucléophile, seul le substrat participe à l’étape de détermination de la vitesse. Ce processus unimoléculaire S_N1 se produit par le biais d’un mécanisme en plusieurs étapes.

Dans un premier temps, l’haloalcane s’ionise à travers un état de transition à haute énergie, générant un intermédiaire de carbocation tertiaire et un ion halogénure. La capacité ionisante du solvant polaire, l’eau, facilite le départ de l’halogénure. Le clivage hétérolytique est un processus lent et hautement endothermique avec une grande énergie d’activation, ce qui en fait une étape déterminante de la taux.

En l’absence de solvant, c’est-à-dire en phase gazeuse, l’énergie d’activation est presque sept fois plus élevée.

Les ions produits dès la première étape sont stabilisés par des molécules d’eau par solvatation. Le carbocation formé est un électrophile fort qui peut facilement réagir avec un nucléophile neutre faible comme l’eau - le solvant de cette réaction.

Dans la deuxième étape, l’eau agit comme une base de Lewis et donne ses électrons au carbocation, générant une espèce protonée - l’ion oxonium. Comme une nouvelle liaison se forme, le processus est fortement exothermique avec un état de transition à faible énergie.

Dans la troisième étape, l’ion oxonium perd un proton dans l’eau, qui agit maintenant comme une base de Brønsted, ce qui donne deux produits : l’alcool tert-butyle et un ion hydronium.

Pour résumer, le mécanisme S_N1 se compose de deux étapes centrales pour la substitution, et lorsqu’un nucléophile non chargé est utilisé, une étape supplémentaire de transfert de protons est impliquée à la fin.

La réaction S_N1 en plusieurs étapes diffère de la réaction S_N2 en une seule étape en ce que la liaison entre l’atome de carbone et le groupe partant se rompt avant l’attaque nucléophile.

De plus, alors qu’une réaction S_N1 comprend deux états de transition et un intermédiaire, une réaction S_N2 n’a qu’un seul état de transition et aucun intermédiaire.