Reazione S_N2: Cinetica

Una reazione di sostituzione nucleofila di un alogenuro alchilico può procedere in due possibili meccanismi: o in un singolo passaggio in cui la rottura e la formazione del legame avvengono simultaneamente o in un processo graduale, inclusa la formazione di un carbocatione intermedio. Ma come viene determinato?

Alla fine degli anni '30, Sir Christopher Ingold e Edward D. Hughes studiarono la cinetica di varie reazioni di sostituzione nucleofila per chiarire quale meccanismo fosse favorito.

La velocità di reazione è stata determinata sperimentalmente misurando la velocità iniziale di scomparsa del reagente o l'aspetto del prodotto. Inoltre, l'effetto della concentrazione del reagente sull'equazione della velocità è stato studiato variando la concentrazione di un reagente mantenendo costante l'altro.

Ingold e Hughes hanno osservato che la velocità di reazione per gli alogenuri alchilici primari, come il clorometano con gli ioni idrossido, dipende linearmente dalla concentrazione di entrambi i reagenti per un dato solvente e condizione di temperatura. Raddoppiando la concentrazione di entrambi i reagenti alla volta si raddoppiava la velocità. Quando la concentrazione di entrambi i reagenti è stata raddoppiata, il tasso è quadruplicato, indicando che la reazione tra l'alogenuro alchilico primario e il nucleofilo segue una cinetica del secondo ordine.

Ciò suggerisce che sia il nucleofilo che l'alogenuro alchilico si scontrano in un unico passaggio per formare il prodotto durante questa reazione di sostituzione, il che significa che la molecolarità di questa reazione è bimolecolare, poiché due specie partecipano al passaggio limitante la velocità.

Pertanto, le reazioni che seguono questo meccanismo sono classificate come sostituzione, nucleofile, di 2° ordine o, in breve, come reazioni S_N2.

Poiché entrambi i reagenti influenzano la velocità di reazione nelle reazioni S_N2, la velocità di reazione e la resa possono essere migliorate scegliendo nucleofili più forti ed elettrofili di carbonio contenenti gruppi uscenti migliori.

Inoltre, la velocità di una reazione S_N2 è influenzata dalle concentrazioni, dalla temperatura e dal solvente dei reagenti.