¿Cuáles son los productos de esta reacción SN1?

Question

Me piden que identifique los productos orgánicos/inorgánicos de un S _N 1 reacción entre 3-yodopentano y etanol. He identificado correctamente que el sustrato es el 3-yodopentano, que el grupo saliente es el yoduro y que el nucleófilo es el etanol. Mi problema es que no entiendo cuáles serán los productos y no sé por qué.

Decidí que los productos debían ser 3-pentanol y yoduro de etilo (o yodoetano) porque el yoduro es un buen grupo saliente, y el oxígeno toma dos electrones y deja el etano para unirse con el grupo pentano donde lo dejó el yoduro. Ahora tiene sentido que el etano y el yoduro reaccionen para crear yoduro de etilo.

Desgraciadamente, en este caso me equivoco, y no acierto a comprender por qué. ¿Cuál es el error en mi pensamiento y cuál es el concepto que estoy pasando por alto?

Me doy cuenta de que mi principal producto orgánico será el compuesto de éter que me cuesta nombrar, y los otros compuestos son un etanol protonado más el yoduro. La parte más confusa ahora es el etanol protonado y el yoduro, ¿por qué no acaba de crear el yoduro de etilo?

Answer 1

Bien, veamos tu material de partida, 3-yodopentano: $\ce{(CH3CH2)2CH-I}$

Así que es S _N 1, por lo que el $\ce{I}$ saldrá espontáneamente y te dará el carbocatión: $\ce{(CH3CH2)2CH+}$

El oxígeno está en el etanol por lo que atacará al carbocatión dando el ion oxonio: $\ce{(CH3CH2)2CH-O+} ~ \ce{H-CH2CH3}$

Que luego será desprotanizado por algo que actúe como base. Probablemente haya algo de agua, pero supongo que decir etanol protonado y yoduro está bien. Esto da el producto final de: $\ce{(CH3CH2)2CH-O-CH2CH3}$

Para que se forme yoduro de etilo, tendría que ocurrir una de dos cosas:

1. S _N 1 mecanismo: $\ce{OH-}$ tendría que salir espontáneamente formando un carbocatión primario. Es SUPER DESFAVORABLE, tanto que directamente no ocurrirá.

2. S _N 2 mecanismos: $\ce{I-}$ tendría que actuar como nucleófilo Y $\ce{OH-}$ tendría que marcharse. El yoduro es un buen nucleófilo, pero el OH- es un grupo saliente bastante malo. Considerando ambas cosas, esta vía es poco probable.

Ha sido una pregunta bastante floja por parte de tu (supongo) profesor. Esta reacción sería horriblemente lenta, y probablemente apenas iría. Ahora, si se utiliza etoxido de sodio en lugar de etanol se obtiene un buen Síntesis del éter Williamson y formar el mismo éter y NaI, mucho más favorecido termodinámicamente.

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Me acabo de dar cuenta de que probablemente querías decir por qué no $\ce{I-}$ realizar un S _N 2 en el etanol protonado y que salga agua. Hay un par de explicaciones químicas medianamente decentes para esto:

1. Suponiendo que haya agua alrededor (en el mundo real casi siempre hay agua (especialmente con etanol), a menos que se tomen medidas heroicas para evitarla), el etanol protonado reaccionará rápidamente con ella y formará hidronio, etanol y $\ce{I-}$ . (El etanol protonado tiene un $\mathrm pK_\mathrm a$ de aproximadamente -2,4 y el hidronio tiene un $\mathrm pK_\mathrm a$ de aproximadamente -1,7).

2. Suponiendo que no haya agua alrededor, tienes razón probablemente reaccionará y formará pequeñas cantidades de yoduro de etilo, sin embargo esto generará agua que impedirá que esto continúe por la razón anterior.

3. También podrías escribir el mecanismo en el que el yoduro se desprotona para formar el éter (y evitar todo este lío). PERO $\ce{HI}$ tiene un $\mathrm pK_\mathrm a\approx10$ donde como protón oxonio $\mathrm pK_\mathrm a$ s suelen estar entre -7 y -2, por lo que esta NO sería una forma correcta de escribir el mecanismo (en mi opinión), pero algunos profesores se complican un poco la vida aquí y lo permiten.

Sé que esas son razones de trabajo un poco incompletas, pero honestamente no se formará en una cantidad real. Probablemente hay otro argumento (probablemente mejor) desde un punto de vista termodinámico, pero no conozco las energías de enlace a mano.