Reações SN1 e SN2 - Conceitos básicos e ligação com Físico-Química.

Um dos bichos-papões da química se encontra na interação entre orgânica e físico-química, a chamada Dinâmica das Reações Orgânicas. Obviamente a química orgânica somente é um estudo orientado ao carbono e, isso se dá pois, o carbono é um dos elementos mais comuns no universo e consequentemente no nosso planeta. O grande interesse sobre esse elemento também se passa por ele ser relacionado com a vida, uma vez que, tudo o que tem vida é formado a base de carbono.

Portanto poderia existir um estudo específico sobre o oxigênio, ou hidrogênio, ou qualquer outro elemento da mesma forma que existe para o carbono. Logo a química orgânica engloba um conjunto de observações sobre o carbono e seus compostos, observações essas que passam pela físico-química.

Dessa forma torna-se claro que a existem áreas mais específicas e gerais dentro da química, sendo que, as áreas em que existem mais variáveis e que podem ser utilizadas como tendências, essas são as áreas mais gerais como analítica e físico-química. Já a química orgânica, como comentamos até aqui, essa é uma área muito específica. Porém, existe a necessidade de mesclarmos a área mais específica com as áreas mais gerais. E é dessa forma que se desenvolve a Dinâmica das Reações Orgânicas.

Dentro da Dinâmica das Reações Orgânicas existe a necessidade de entendermos que dinâmica está relacionada com movimento e um movimento organizado se relaciona com mecanismo, logo, os mecanismos são essenciais na química, sejam eles dentro do estudo do carbono, ou de qualquer outro elemento.

Um mecanismo tenta explicar como uma reação ocorre, ou seja, como os reagentes se comportam, qual o composto que tem mais importância na reação (substrato), como ocorrem as ligações, dentre outras coisas.

Os mecanismos mais importantes são conhecidos como Substituição Nucleofílica de Primeira Ordem (SN1) ou Substituição Nucleofílica de Segunda Ordem (SN2).

A SN1 é um mecanismo em que o existe a formação de uma espécie catiônica do carbono, conhecida como carbocátion, onde o substrato fica com uma carga positiva, ou seja, pode fazer ainda uma ligação, isso indica que o carbono se encontra deficiente em elétrons (6 elétrons). Dessa forma os carbocátions são conhecidos como ácidos de Lewis e são eletrófilos. Logo os chamados nucleófilos são as bases de Lewis, ou seja, íons carregados negativamente.

Obviamente existem substratos bons para que aconteça a formação do carbocátion, sendo que os melhores são os que tem carbono terciário ligado a um haleto, pois os haletos são boas espécies abandonadoras, ou seja, que levam um elétron quando deslocados e, assim estabilizam e contribuem para a formação dos carbocátions.

Nas reações SN1, além de haver a importância do substrato, existe também, a necessidade do uso de um bom solvente, que consiga estabilizar o carbocátion. Os solventes bons para a SN1 são aqueles que garantem a possibilidade de formação de ligações de hidrogênio, ou seja, compostos conhecidos  como Solventes Polares Próticos. Esses compostos que são bons para solvatar os carbocátions em geral são solventes de caráter mais ácido, como por exemplo água, metanol e ácido fórmico.

A fase lenta é quando ocorre a formação do carbocátion, com o haleto abandonando o substrato terciário (usando cetona como solvente). A fase rápida se dá com o ataque do nucleófilo (hidroxila) ao eletrófilo (carbocátion). Essa reação é conhecida como uma reação de primeira ordem pois somente depende da concentração do substrato (V=k[Cloreto de Terc Butila])

Por outro lado a SN2 é uma reação em que existe a formação de uma espécie intermediária, onde o substrato (geralmente carbono primário ou secundário), fica parcialmente ligado ao nucleófilo. Para que ocorra a SN2, o solvente tem que ser do tipo polar aprótico, ou seja, solventes que não são bons para a formação de ligações de hidrogênio. Alguns exemplos desses solventes são o Dimetilsulfóxido (DMS), Dimetilformamida (DMF) e o Metanotiol.

Diferente da SN1, que ataca o eletrófilo pela frente, devido ao impedimento estérico, a SN2 pelo fato de formar o intermediário, o nucleófilo ataca por trás e então após a liberação do grupo de saída, temos a inversão da configuração.

O ataque do nucleófilo (Metanotiol) se dá por trás da estrutura em um carbono primário, levando à formação dos estado de transição, onde temos a ligação com o metanotiol parcialmente concluída e a saída do cloro parcialmente finalizada. Após isso temos a inversão da estrutura do substrato e a formação de ácido clorídrico. A SN2 é uma reação de segunda ordem, pois a lei de velocidade das reações que seguem esse tipo de mecanismo respeita do seguinte formalismo:
V=[substrato][nucleófilo].

 Obviamente temos diversos outros tipos de reações que representam uma SN1 e uma SN2, porém as mais simples são as com haletos terciários para a SN1 e haletos primários para SN2. Podemos ver que nessas reações existem muitas abordagens de físico-química, como os mecanismos de reação e a dependência das leis de velocidade.

Por isso durante um curso de química é mais coerente se estudar físico-química antes de partirmos para frentes que necessitam de um entendimento mais coerente do que é mecanismo, cinética química e leis de velocidade.