Alogenuri alchilici: reazioni con nucleofili

Gli alogenuri alchilici o alogeno alcani presentano il gruppo funzionale –X dove X è un alogeno (F, Cl, Br, I). A causa della maggior elettronegatività degli alogeni rispetto al carbonio il legame C-X è di tipo polare in cui  il carbonio assume una parziale carica positiva δ+ e l’alogeno una parziale carica negativa δ-

Pertanto il carbonio a cui è legato l’alogeno è un elettrofilo e conseguentemente può subire l’attacco nucleofilo.  In tali reazioni dette reazioni di sostituzione nucleofila fuoriesce l’alogeno come ione alogenuro X^– che è sostituito dal nucleofilo secondo la reazione generale:
R-X + :Nu^– → R-Nu + X^–

Esempi di tali reazioni sono:

CH₃Cl + OH^– → CH₃OH + Cl^– in cui dalla reazione del clorometano  con OH^–  si  ottiene il metanolo

Dalla reazione dell’1-iodopropano con  ^–SH si  ottiene l’1-propantiolo :CH₃CH₂CH₂I + ^–SH → CH₃CH₂CH₂SH + I^–  

CH₃CH₂Br + ^–OCH₃ → CH₃CH₂OCH₃ in cui dalla reazione dell bromoetano con  ^–OCH₃  si ottiene il metossietano ( etil,metiletere).

I nucleofili che si mostrano reattivi nei confronti degli alogenuri alchilici sono molteplici: verranno di seguito elencate le principali reazioni si sostituzione nucleofila degli alogeno alcani.

Principali reazioni degli alogenuri alchilici

A seconda che l’alogenuro alchilico sia primario secondario o terziario, nonché di altri fattori quali il solvente,  il meccanismo della reazione può avvenire via SN₁ ovvero attraverso un intermedio carbocationico o via SN₂ in cui si verifica un’inversione di configurazione nel caso in cui il carbonio recante l’alogeno sia chirale.

I nucleofili più forti sono:

(CH₃CH₂)₃P, ^– SH, (CH₃CH₂)₂NH, ^–C≣N,  (CH₃CH₂)₃N, OH^– e ^–OR’

Mostrano moderata nucleofilicità:

NH₃ , R-S-R,

I nucleofili più deboli sono:

RCOO^–, H₂O, R-OH

Forza dei nucleofili

Per prevedere la forza di un nucleofilo si tengono in considerazione le seguenti regole:
1) una specie con una carica negativa è un elettrofilo più forte rispetto alla specie neutra simile. In particolare una base è un nucleofilo più forte rispetto alla sua base coniugata:

OH^– > H₂O;  ^– SH > H₂S; ^–NH₂ > NH₃

2) la nucleofilicità diminuisce da sinistra a destra nella tavola periodica infatti gli elementi più elettronegativi tendono maggiormente ad attrarre elettroni di non legame e sono meno inclini alla formazione di nuovi legami:

^–NH₂ > OH^– > F^–;  NH₃ > H₂O;  (CH₃CH₂)₃P > (CH₃CH₂)₃S

3) la nucleofilicità aumenta dall’alto verso il basso lungo un gruppo come l’elettronegatività:

I^– > Br^– > Cl^– > F^– ;  ^–SeH > ^– SH > ^–OH;  (CH₃CH₂)₃P > (CH₃CH₂)₃N