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Sostituzione Nucleofila Acilica: da Cloruri degli acidi ad ammidi

Sostituzione nucleofila acilica


I cloruri degli acidi carbossilici sono dei derivati importanti degli acidi utili per le sintesi che utilizzano la Sostituzione Nucleofila Acilica al fine di ottenere composti come ammidi, esteri, anidridi, tioesteri, esteri fosforici.

La Sostituzione Nucleofila Acilica, SNAc, avviene sul C del gruppo acile su cui insiste una parziale carica positiva che sarà più o meno forte a seconda dei sostituenti su esso presenti che hanno spesso un doppietto elettronico che può dare la risonanza col Carbonile.

LA SNAcpuò procedere secondo due meccanismi differenti a seconda della forza del Nucleofilo attaccante, in modo simile a quanto accade che le aldeidi e chetoni nella prima parte del meccanismo.

Mentre nelle aldeidi e chetone il Gruppo R-C=O, qui chiamato carbonile, è legato a gruppi che sono cattivi gruppi uscenti, negli acidi e derivati R-C=O è legato a gruppi più elettronegativi che hanno una capacità di gruppi uscenti in quanto molto meno forti come base.

Il meccanismo è scandito da due eventi fondamentali che sono

  1. L’attacco nel Nucleofilo NU sul C del Carbonile con la formazione di un nuovo legame
  2. la rottura del legame che il Gruppo Uscente LG forma col C del Carbonile

Nel meccanismo presentato qui di seguito viene eseguito nel primo stadio un trasferimento di un protone dal NH3+ al O carico negativamente dell’alcolato.

Nei sistemi meno reattivi, fatti per esempio da nucleofili neutri come H2O e ROH, o in cui l’elettrofilo è meno reattivo, come è il caso di esteri o ammidi, la reazione per poter avvenire deve essere promossa in qualche modo.

Si possono usare nucleofili più forti: al posto di H2O si usa OH-, al posto ROH, RO- ed il meccanismo è quello appena visto su e proposto sotto.

Si può attivare l’elettrofilo con la protonazione del carbonile che aumenta la forza elettrofila del Carbonio in quanto è una carica effettiva che si deve ripartire e non una che esce dalla risonanza.

La reattività dei derivati degli acidi alla Sostituzione Nucleofila Acilica

In questa immagine è presentata una scala di reattività dei derivati che dipende da quanto è intensa la risonanza dei doppietti solitari sul gruppo uscente.
Più è forte la risonanza peggiore sarà l’attacco del nucleofilo che troverà una carica parziale sul C meno pronunciata.

Sul sito della Oregon University, vengono mostrate le cinetiche di attacco alla SNAc con OH di alcuni substrati.

La risonanza tra doppietto e carbonile è tanto più forte quanto più simili sono gli orbitali molecolari che si sovrappongono. Essa diventa massima con l’Azoto e l’attacco sarà perciò sfavorito.

https://chem.libretexts.org

Orbitali molecolari di acidi e ammidi

Nella raffigurazione della SNAc abbiamo scelto il Cloruro di acetile e l’ammoniaca come
Sarà visualizzato in modo stilizzato il doppietto SP3 dell’azoto e un orbitale p del C del carbonile.
Primo stadio della Sostituzione Nucleofila Acilica

Il prodotto di questo primo stadio è la formazione di un TETRAEDRICO che evolverà secondo la capacità di uscita del GRUPPO USCENTE che come noto è legato alla sua basicità: meno è basico più facilmente esce.

Nel caso degli Alogenuri Acilici, lo ione Cloruro è quello deputato ad uscire perché meno Basico di un NH2- o di un Metiluro, CH3-.

Secondo Stadio della sostituzione Nucleofila Acilica