Reactividad Orgánica: Reacciones de Sustitución

Las reacciones de sustitución más importante en quimica organica son:
a) Sustitución nucleofilica Bimolecular (SN2)
b) Sustitución nucleofilica UNimolecular (SN1)
c) Sustitución nucleofilica Aromatica (SE)

Caso SN2: CH3-CH2-Cl + NaOH -----> CH3-CH2-OH + NaCl
¿Porque ataca el ion hidroxido al carbono unido al cloro?
El ataque se produce debido a que el halógeno es más electronegativo que el carbono, por lo que atrae hacia sí los electrones del enlace, dejando al carbono con una menor densidad de carga eléctrica. Debido a esta polarización del enlace C-Cl, el carbono presenta una menor densidad electrónica, favoreciendose de este modo el ataque del ión hidroxido que actúa como un nucleofilo fuerte. Esta reacción es un ejemplo del ataque de una especie rica en electrones (nucleófilo) a un centro de baja densidad electrónica.

Caso SN1: Cuando se hace reaccionar 2-Br-2-metilpropano + H2O, se produce 2-metil-2-propanol + HBr.
La velocidad de la reacción solo depende de la concentración del compuesto orgánico (R-Br), no importando la fuerza o la naturaleza del nucleófilo (agua por ejemplo). Por ello se clasifica como reacción SN1. Para este tipo de reacciones se usan nucleofilos débiles como agua o alcoholes. En las reacciones SN1, el nucleofilo (H2O o Alcohol) esta impedido para atacar directamente al carbono unido al halogeno por el volumen de los radicales metilos. Además, como el agua o el alcohol son nucleofilos débiles y son solventes polares, el halogeno se disocia espontáneamente formando un intermediario que posee un carbono cargado positivamente (carbocatión) y que se encuentra en un plano, por lo que no presenta impedimentos estéricos para el ataque nucleofilico del agua. Si el carbacatión formado proviene de un halogenuro de alquilo quiral, al recibir el ataque del agua por ambos lados, dará una mezcla de alcoholes de configuración opuesta.

Caso SE: Ocurre cuando una especie deficiente en electrones (electrófilo), por ejemplo cloruro de etilo, ataca a un compuesto aromático como benceno en presencia de un catalizador, generalmente AlCl3 para formar etilbenceno por reemplazo de un hidrógeno aromático y HCl.
El Cloruro de etilo reacciona con el catalizador para formar una especie electrofilica (carbocatión etilo). El benceno de alta densidad electronica en el anillo es atacado por el carbacatión etilo, formando etilbenceno y otra especie electrofilica, que generalmente es un H+. El AlCl4- formado reacciona con el H+ para formar HCl y regenera el catalizador AlCl3.

Especies electrofilicas: Son reactivos deficientes en electrones que atacan centros de alta densidad electrónica. Puede ser una especie cargada positivamente o una especie polar que es atraída por un par de electrones no compartidos.