Reação S_N2: Cinética

Uma reação de substituição nucleofílica de um haleto de alquila pode ocorrer em dois mecanismos possíveis: em uma única etapa onde a quebra e a formação da ligação ocorrem simultaneamente ou em um processo gradual, incluindo a formação de um intermediário de carbocátion. Mas como isso é determinado?

No final da década de 1930, Sir Christopher Ingold e Edward D. Hughes estudaram a cinética de várias reações de substituição nucleofílica para elucidar qual mecanismo é favorecido.

A taxa de reação foi determinada experimentalmente medindo a taxa inicial de desaparecimento do reagente ou a aparência do produto. Além disso, o efeito da concentração do reagente na equação da taxa foi estudado variando a concentração de um reagente, mantendo o outro constante.

Ingold e Hughes observaram que a taxa de reação para halogenetos de alquila primários, como clorometano com íons hidróxido, é linearmente dependente da concentração de ambos os reagentes para um determinado solvente e condição de temperatura. Dobrar a concentração de qualquer um dos reagentes de cada vez dobrou a taxa. Quando a concentração de ambos os reagentes foi dobrada, a taxa quadruplicou, indicando que a reação entre o haleto de alquila primário e o nucleófilo segue a cinética de segunda ordem.

Isso sugere que tanto o nucleófilo quanto o haleto de alquila colidem em uma única etapa para formar o produto durante essa reação de substituição, o que significa que a molecularidade dessa reação é bimolecular, pois duas espécies participam da etapa limitante da taxa.

Assim, as reações que seguem esse mecanismo são classificadas como Substituição, Nucleofílica, 2ª ordem, ou, em suma, como reações S_N2.

Uma vez que ambos os reagentes influenciam a taxa de reação nas reações S_N2, a velocidade e o rendimento da reação podem ser melhorados escolhendo nucleófilos mais fortes e eletrófilos de carbono contendo melhores grupos de saída.

Além disso, a taxa de uma reação S_N2 é influenciada pelas concentrações, temperatura e solvente dos reagentes.