Reazione S_N1: meccanismo

Ricordiamo che quando un alogenuro terziario reagisce in una soluzione acquosa per dare un prodotto sostitutivo nucleofilo, solo il substrato partecipa alla fase di determinazione della velocità. Questo processo unimolecolare S_N1 avviene attraverso un meccanismo a più fasi.

Nella prima fase, l'aloalcano ionizza attraverso uno stato di transizione ad alta energia, generando un carbocatione intermedio terziario e uno ione alogenuro. La capacità ionizzante del solvente polare, l'acqua, facilita la fuoriuscita dell'alogenuro. La scissione eterolitica è un processo lento e altamente endotermico con una grande energia di attivazione, che lo rende un passaggio determinante per la velocità.

In assenza del solvente, cioè in fase gassosa, l'energia di attivazione è quasi sette volte superiore.

Gli ioni prodotti dal primo passaggio vengono stabilizzati dalle molecole d'acqua attraverso la solvatazione. Il carbocatione formato è un elettrofilo forte che può reagire prontamente con un nucleofilo neutro debole come l'acqua, il solvente di questa reazione.

Nella seconda fase, l'acqua funge da base di Lewis e dona i suoi elettroni al carbocatione, generando una specie protonata: lo ione ossonio. Poiché si forma un nuovo legame, il processo è fortemente esotermico con uno stato di transizione a bassa energia.

Nella terza fase, lo ione ossonio perde un protone a causa dell'acqua, che ora funge da base di Brønsted, risultando in due prodotti: alcol terz-butilico e uno ione idronio.

Per riassumere, il meccanismo S_N1 consiste in due passaggi fondamentali per la sostituzione e, quando viene utilizzato un nucleofilo non carico, è coinvolto un ulteriore passaggio di trasferimento protonico alla fine.

La reazione S_N1 a più stadi differisce dalla reazione S_N2 a passo singolo in quanto il legame tra l'atomo di carbonio e il gruppo uscente si rompe prima dell'attacco nucleofilo.

Inoltre, mentre una reazione S_N1 include due stati di transizione e un intermedio, una reazione S_N2 ha un solo stato di transizione e nessun intermedio.