# Reação SN2

A reação SN2 é um tipo de mecanismo de reação comum na química orgânica e significa substituição nucleofílica bimolecular.
Na reação, a ligação com o grupo de saída é quebrada e se forma uma nova ligação química com um nucleófilo através de seu par de elétrons em uma única etapa. Neste processo não existem intermediários. O nome bimolecular indica que a velocidade da reação depende da concentração do substrato orgânico e do nucleófilo e que ambas espécies estão presentes no estado de transição.
Neste mecanismo, o tipo de reação é não elementar por ocorrer a etapa lenta e a rápida.
Neste mecanismo, uma ligação é quebrada e uma ligação é formada de forma síncrona, em uma única etapa. SN2 é um tipo de mecanismo de reação de substituição nucleofílica. Outros mecanismos são a substituição nucleofílica unimolecular ( SN1 ) e a substituição nucleofílica aromática.

## Mecanismo de reação

A reação ocorre com mais frequência em um centro de carbono sp$^3$ alifático com um grupo eletronegativo e estável a ele ligado (geralmente designado X). Os casos mais típicos de SN2 ocorrem quando X é um halogênio. A quebra da ligação C-X e a formação da nova ligação (geralmente denominada C-Y ou C-Nu) ocorrem simultaneamente através de um estado de transição no qual um carbono sob ataque nucleofílico é trigonal e considera-se que tenha uma hibridização sp$^2$. O nucleófilo ataca o carbono a 180° em relação ao grupo de saída, pois isso fornece a melhor sobreposição entre o par solitário do nucleófilo e o orbital C-X σ * antiligante. O grupo de saída é então empurrado para o lado oposto e o produto é formado com inversão da geometria tetraédrica no átomo central.
Se o substrato sob ataque nucleofílico é quiral, isso geralmente leva à inversão da configuração (estereoquímica), chamada inversão de Walden.
Em um exemplo da reação SN2, o ataque de Br$^−$ (o nucleófilo) a um cloreto de etila (o eletrófilo) resulta em brometo de etila, com o cloreto ejetado como grupo de saída.
O ataque SN2 ocorre quando a aproximação do nucleófilo pelo lado oposto ao grupo de saída não é estereoquimicamente impedida por substituintes no substrato. Portanto, esse mecanismo geralmente ocorre em centros de carbono primário e secundário desimpedidos. Se houver aglomeração estérica no substrato próximo ao grupo de saída, como em um centro de carbono terciário, a substituição segue por um mecanismo SN1 em vez de um mecanismo SN2 (um SN1 também seria mais provável nesse caso porque um intermediário de carbocátion suficientemente estável pode ser formado).

## Fatores que afetam a velocidade da reação
### Substrato

O substrato desempenha o papel mais importante para o avanço da reação, porque o nucleófilo se aproxima pela parte de trás do substrato, rompendo a ligação do grupo que sai do carbono e formando a ligação do carbono-nucleófilo e quanto mais acessível, maior a velocidade da reação pelo mecanismo SN2. No geral, isso significa que os substratos metílico e primário reagem mais rapidamente, seguidos pelos substratos secundários. Substratos terciários não reagem pelo mecanismo SN2, devido ao impedimento estéreo. Estruturas que podem formar cátions altamente estáveis ​​por simples perda do grupo de saída, por exemplo, como um carbocátion estabilizado por ressonância, têm maior probabilidade de reagir por uma via SN1 em competição com SN2.

### Nucleófilo

A força do nucleófilo é importante nos reações que seguem o mecanismo SN2. A força nucleófila também é afetada pela carga e pela eletronegatividade: a nucleofilicidade aumenta com o aumento da carga negativa e a diminuição da eletronegatividade. Por exemplo, OH$^-$ é um nucleófilo melhor que a água e I$^-$ é um nucleófilo melhor que Br$^−$ (em solventes próticos polares).
Por fim, fatores estéreos também são importante. O ânion metóxido, por exemplo, é uma base forte e nucleófilo, porque é um nucleófilo metílico e, portanto, é muito desimpedido. o terc-butóxido, por outro lado, é uma base forte, mas um nucleófilo pobre, devido aos seus três grupos metil que dificultam sua abordagem ao carbono.

### Solvente

A interação do nucleófilo com o solvente diminui a velocidade da reação pela disposição de camadas de moléculas de solvente entre o nucleófilo e o substrato, o que dificulta a aproximação de ambos. Os solventes apróticos polares, como o tetrahidrofurano, são melhores solventes para essa reação do que os solventes próticos polares, porque os solventes próticos polares se ligam ao hidrófilo ao nucleófilo, impedindo-o de atacar o carbono com o grupo de saída. Um solvente aprótico polar com baixa constante dielétrica ou uma extremidade dipolar impedida favorecerá a maneira SN2 da reação de substituição nucleofílica. Exemplos: dimetilsulfóxido, dimetilformamida, acetona etc.

### Grupo que sai

A estabilidade do grupo de saída e a energia de ligação ao átomo de carbono afetam a taxa de reação. Quanto mais estável o grupo de saída, mais favorecida será a sua saída e o padrão de comparação é a acidez do ácido. Quanto mais forte for o ácido, mais estável é a base conjugada. Por exemplo, o HCl tem pK$_a$ = -5 e o Cl$^-$ é um melhor grupo de saída do que o F$^-$, e o pK$_a$ do HF é 4. Exemplos de bons grupos de saída são, portanto, os halogenetos (exceto o fluoreto, devido à sua forte ligação ao átomo de carbono), e os ésteres sulfônicos como o tosilato, enquanto HO$^-$ e H$_2$N$^-$ não são.

## Cinética da reação

A taxa de uma reação SN2 é de segunda ordem, pois a etapa de determinação da taxa depende da concentração de nucleófilos, [Nu$^−$], bem como da concentração de substrato, [RX].
v = k [RX] [Nu−]
Essa é o critério para diferenciar entre os mecanismos SN1 e SN2. Na reação SN1, o nucleófilo não participa da etapa limitante da velocidade da reação, enquanto no SN2 o nucleófilo força o grupo de saída na etapa limitante. Existem dois fatores que complicam a determinação do mecanismo de reações de substituição nucleofílica em carbonos secundários:
1) Muitas reações estudadas são reações de solvólise em que uma molécula de solvente - geralmente um álcool, é o nucleófilo. Embora ainda seja uma reação de segunda ordem mecanicamente, a reação é cineticamente de primeira ordem, pois a concentração do nucleófilo - a molécula do solvente é efetivamente constante durante a reação. Esse tipo de reação é freqüentemente chamado de reação pseudo-primeira ordem.
2) Nas reações em que o grupo de saída também é um bom nucleófilo, por exemplo, o grupo de saída pode executar uma reação de SN2 em uma molécula de substrato. Se o substrato é quiral, isso inverte a configuração do substrato antes da solvólise, levando a um produto racemizado - o produto que seria esperado de um mecanismo SN1. No caso de um grupo de saída de brometo em solvente alcoólico Cowdrey et al. mostraram que o brometo pode ter uma velocidade de SN2 100-250 vezes maior que a velocidade para o etanol. Assim, depois de um pequeno avanço na solvólise de um substrato enantiospecífico, torna-se racêmico.
Os exemplos em livros didáticos de substratos secundários utilizados pelo mecanismo SN1 envolvem invariavelmente o uso de brometo (ou outro bom nucleófilo), pois o grupo de partida confundiu o entendimento das reações de substituição de alquil nucleofílico em carbonos secundários por 80 anos [3]. Trabalho com o sistema 2-adamantil (SN2 não é possível) por Schleyer e colaboradores, o uso de azida (um excelente grupo de nucleófilos, mas muito pobre) por Weiner e Sneen, o desenvolvimento de grupos de saída de sulfonato (grupos de saída boa não nucleofílicos) e a demonstração de problemas experimentais significativos na reivindicação inicial de um mecanismo SN1 na solvólise de 2-bromooctano opticamente ativo por Hughes et al. demonstraram conclusivamente que substratos secundários passam exclusivamente (exceto em casos incomuns, mas previsíveis) pelo mecanismo SN2.

## Competição E2

Uma reação lateral comum que ocorre com as reações SN2 é a eliminação de E2: o ânion de entrada pode atuar como base e não como nucleófilo, abstraindo um próton e levando à formação do alceno. Esta via é favorecida com nucleófilos estereoquimicamente impedidos. As reações de eliminação são geralmente favorecidas a temperaturas elevadas por causa do aumento da entropia. Este efeito pode ser demonstrado na reação de fase gasosa entre um sulfonato e um brometo de alquila simples ocorrendo dentro de um espectrômetro de massa:
Com o brometo de etila, o produto da reação é predominantemente o produto de substituição. À medida que aumenta o impedimento estérico ao redor do centro eletrofílico, como no brometo de isobutil, a substituição é desfavorecida e a eliminação é a reação predominante. Outros fatores que favorecem a eliminação são a força da base. Com o substrato de benzoato menos básico, o brometo de isopropil reage com 55% de substituição. Em geral, as reações em fase gasosa e as reações em fase de solução desse tipo seguem as mesmas tendências, embora no primeiro, os efeitos do solvente sejam eliminados.