Réaction S_N1: Stéréochimie

Dans les réactions de substitution nucléophile, le résultat stéréochimique du produit, c’est-à-dire l’inversion ou la rétention de la configuration, peut être étudié si la substitution se produit dans un substrat chiral.

Les réactions S_N2 sont stéréospécifiques puisque le nucléophile attaque directement le substrat par l’arrière, ce qui aboutit invariablement à un produit inversé.

En revanche, les réactions S_N1 ne sont pas stéréospécifiques. En effet, le substrat s’ionise d’abord pour générer un intermédiaire de carbocation hybridé sp² avec les trois substituants se trouvant dans le même plan.

Le nucléophile s’approche alors du carbocation de chaque côté avec une probabilité égale. Alors qu’une attaque par le frontside conduit à la conservation de la configuration dans le produit, une attaque backside entraîne une inversion de la configuration.

Lorsqu’un substrat achiral est utilisé, quel que soit le mode d’attaque nucléophile, la configuration du produit reste la même.

Lorsque le substrat est chiral, on s’attend à une racémisation complète, conduisant à un racémate des énantiomères du produit. Cependant, le plus souvent, seule une racémisation partielle se produit, générant un excès énantiomérique du produit inversé.

Une explication plausible de cela réside dans l’étape d’ionisation du substrat, dans laquelle le carbocation et le groupe de départ restent faiblement associés, formant une paire d’ions intimes pendant environ dix nanosecondes avant de se diffuser.

Au cours de cette association, le groupe partant protège partiellement le carbocation de l’attaque frontale. Ainsi, le nucléophile attaque le centre du carbone par l’arrière sans entrave, ce qui entraîne un produit inversé.

Une fois que la paire d’ions s’est complètement dissociée, le carbocation subit des substitutions aux deux extrémités avec une probabilité égale de donner un produit racémique. Étant donné que l’inversion et la racémisation se produisent pendant le processus de substitution, un excès net du produit inversé est obtenu.