SN1 eta SN2 erreakzio-mekanismoa
Nukleo-ordezkapen erreakzioak erreakzio kimiko mota ohikoa dira kimika organikoan. Molekula beraren barruan talde funtzional bat beste batekin ordezkatzea dakarte. Nukleo-ordezkapen erreakzioak gobernatzen dituzten bi mekanismo nagusiak SN1 (unimolekular nukleo-ordezkapen erreakzio nukleofilikoak) eta SN2 (bimolekular nukleo-ordezkapen erreakzio nukleofilikoak) dira. Mekanismo desberdin hauek ulertzea ezinbestekoa da kimika organikoaren azterketan, mekanismo bakoitzak ezaugarri, baldintza eta produktu-errendimendu desberdinak baititu.
SN1 mekanismoa
SN1-ek "Ordezkapen Nukleofilo Unimolekularra" esan nahi du. Mekanismo honek bi urrats ditu: lehenik karbokatioi baten eraketa, eta ondoren karbokatioiaren aurkako eraso nukleofiloa.
1. etapa: Karbokatioien eraketa
SN1 mekanismoaren lehen urratsa irteten den taldea molekula nagusitik bereiztea da karbokatioi bat osatzeko. Irteten den talde ona erraz kentzen dena da, hala nola haluro bat (Cl^-, Br^-, I^-) edo tosilato bat. Prozesu hau unimolekularra da, abiadura zehazten duen urratsean molekula bakarra inplikatzen duelako, hain zuzen ere, konposatu nagusia bera.
\[
RL \rightarrow R^+ + L^-
\]
Hemen, RL molekula nagusia da, R^+ karbokatioia eta L^- irteerako taldea.
2. urratsa: Eraso nukleofilikoa
Bigarren urratsean, nukleofiloak sortutako karbokatioia erasotzen du ordezkapen produktu bat sortzeko.
\[
R^+ + Nuc^- \rightarrow R-Nuc
\]
SN1 erreakzioetan, erreakzioaren arrakasta sortutako karbokatioiaren egonkortasunaren araberakoa da neurri handi batean. Beraz, SN1 erreakzioak maizago gertatzen dira karbokatioi tertziario egonkorretan, lehen edo bigarren mailako karbokatioiekin baino.
SN1 erreakzioaren ezaugarriak
1. Karbokatioiaren egonkortasuna: Zenbat eta egonkorragoa izan karbokatioia, orduan eta errazago gertatzen da SN1 erreakzioa. Beraz, SN1 ohikoagoa da hirugarren mailako karbonoetan.
2. Estereokimika: SN1 erreakzioek nahaste errazemikoak sortzen dituzte askotan, karbokatioia planarra delako eta nukleofiloak bi aldeetatik eraso dezakeelako.
3. Disolbatzaileak: Ura eta alkohola bezalako disolbatzaile protiko polarrek SN1 erreakzioak laguntzen dituzte, sortutako ioien egonkortzeari esker.
SN2 mekanismoa
SN2-k "Ordezkapen Nukleofilo Bimolekularra" esan nahi du. Mekanismo honetan, nukleofiloak talde irtengarriari lotutako karbonoa erasotzen du, talde irtengarria kentzen den bitartean.
Eraso nukleofilikoa eta taldetik irtetearen ezabapena
SN2 erreakzioa urrats bakarrean gertatzen da (mekanismo kontzentratua), non nukleofiloak atzealdetik talde irtengarriari lotutako karbonoa erasotzen duen, talde irtengarria askatzen den bitartean.
\[
Nukleoa + RL \rightarrow R-Nukleoa + L^-
\]
Prozesu hau bimolekularra da, abiadura zehazten duen urratsean bi molekula inplikatzen baititu, hots, nukleofiloa eta jatorrizko konposatua.
SN2 erreakzioaren ezaugarriak
1. Oztopo esterikoa: Nukleofiloak atzetik eraso behar duenez, SN2 erreakzioak errazago gertatzen dira lehen eta bigarren mailako karbonoetan. Hirugarren mailako karbonoak normalean gehiegi oztopatzen dira mekanismo honetan erasotzeko.
2. Estereokimika: SN2 erreakzioak konfigurazio-inbertsioa (Walden inbertsioa) sortzen du estereogen zentroan, beraz, SN2 erreakzioa jasaten duten konposatu optikoki aktiboek kontrako konfigurazioa duten produktuak sortuko dituzte.
3. Babesleak eta disolbatzaileak: Azetonitriloa, dimetil sulfoxidoa (DMSO) edo azetona bezalako disolbatzaile aprotiko polarrek SN2 prozesua faboratzen dute, nukleofiloa ez baitute gehiegi egonkortzen solbazioaren bidez.
SN1 eta SN2 arteko konparaketa
SN1 eta SN2 mekanismoen artean aukeratzerakoan, hainbat faktore hartu behar dira kontuan:
1. Substratuaren egitura:
– SN1 : Karbokatioi egonkorrak (tertziarioak > sekundarioak > primarioak) dituzten konposatuetarako hobetsia.
– SN2 : Oztopo esteriko txikia duten konposatuetarako hobetsia (lehen mailakoak > bigarren mailakoak > hirugarren mailakoak).
2. Nukleofiloa:
– SN1: Nukleofiloaren indarraren menpe ez dago hain, abiadura zehazten duen urratsak ez duelako nukleofiloa inplikatzen.
– SN2: Nukleofilo sendo bat behar du, eraso nukleofilikoa baita abiadura zehazten duen urratsa.
3. Taldea uztea:
– Bi mekanismoek guraso-taldea erraz utzi dezakeen irteera-talde ona behar dute.
4. Disolbatzailea:
– SN1 : Ioiak egonkortzen dituen disolbatzaile protiko polarra.
– SN2 : Ioiak egonkortzen dituen baina nukleofiloak ez dituen disolbatzaile polar aprotikoa.
5. Estereokimika:
– SN1 : Nahaste errazemikoa, nukleofiloak karbokatioiaren bi aldeetatik eraso baitezake.
– SN2 : Konfigurazio-inbertsioa irteten den taldearen aurkako aldetik eraso nukleofiloa gertatuz gero.
SN1 eta SN2 erreakzioen adibideak
SN1 erreakzioen adibideak
Tert-Butil alkil haluroaren eta uraren deshidratazio erreakzioa:
\[
\(CH}_3\text{)}_3\text{C-Br} + H_2O \rightarrow \text{(CH}_3\text{)}_3\text{C-OH} + HBr
\]
Erreakzio honetan, tert-butil bromuroak tert-butil karbokatioi bat eratzen du bromuro taldea disoziatu ondoren, eta ondoren uraren eraso nukleofiloa jasaten du.
SN2 erreakzioen adibideak
Metil bromuroaren eta hidroxido ioien arteko erreakzioa:
\[
\text{CH}_3\text{Br} + OH^- \rightarrow \text{CH}_3\text{OH} + Br^-
\]
Hemen, hidroxido ioiak bromuro taldeari lotutako metil karbonoaren atzealdea erasotzen du, bromuro taldea askatzen den bitartean, metanola sortuz.
Ondorioa
SN1 eta SN2 erreakzioak ordezkapen nukleofiloaren erreakzioen bi mekanismo nagusi dira, eta funtsezko desberdintasunak dituzte haien ekintza-moduan. SN1-k karbokatioi baten eraketa behar du eta, oro har, substratu handiago eta adarkatuagoekin gertatzen da, SN2-k, berriz, urrats bakarrean gertatzen den bitartean, non nukleofiloak zuzenean erasotzen duen taldetik irteten denari lotutako karbono-lotura, substratu txiki eta adarkatu gutxiagokoak nahiago dituelarik. Mekanismo bakoitza faboratzen duten baldintzak eta ondoriozko produktuak sakonki ulertzea ezinbestekoa da sintesi kimiko organikoan.
