Origem da falta de reatividade da via S N 2@S

Os cálculos realizados mostraram boa concordância com os resultados experimentais, exceto pela via SN2@S. Para nucleófilos próticos e fortes, este mecanismo é previsto como o mais favorável, não somente pela estabilização do estado de transição SN2@S devido à ligação de hidrogênio intramolecular, mas também pela redução da eletrofilicidade do centro de C obtido quando se trata do sulfito de metila.

Isto pode ser facilmente visto pela diferença de energia dos estados de transição das vias SN2@C e SN2@S entre o (MeO)2SO e o (MeO)2SO2. Independentemente do nucleófilo, o estado de transição SN2@C observado para o sulfato de dimetila é cerca de 5 a 7 kcal mol-1 mais alto em energia do que o observado para o sulfito de dimetila. O mesmo comportamento é observado para a via SN2@S, exceto para o EtO- e OH- que apresentam estados de transição mais baixos para o (MeO)2SO.

Apesar de favorável, o canal SN2@S não é observado experimentalmente para os substratos (MeO)2SO2 e (MeO)MeSO2. Resultados experimentais para o (MeO)2SO mostram que a diminuição do estado de oxidação do centro de S favorece o ataque neste centro, mas a

quantidade de produtos formados por esta via é, ainda assim, muito menor do que o sugerido pelos cálculos realizados.

O efeito do grupo de partida não pode ser o único responsável por este comportamento, dado que a transferência síncrona de próton do nucleófilo para o metóxido nascente faz com que os grupos de partida das vias SN2@S e SN2@C sejam similares.

Nossa hipótese é de que a reatividade da via de reação SN2@S seja controlada pela dinâmica de forma similar ao que foi observado para os nitratos de alquila, ou seja, que a aproximação do nucleófilo ao centro de S é impedida e existe uma cruzamento entre as superfícies de potencial para a formação dos complexos de entrada. Desta forma, o resultado de que essa via é mais favorável para o sulfito, em comparação com o sulfato, já é contemplado por essa teoria, onde o ambiente ao redor do S seria menos repulsivo.

Para verificar essa hipótese e comparar as vias de ataque no S e C, a aproximação dos nucleófilos a esses dois centros, tanto no sulfato, quanto no sulfito de dimetila, foi calculada através do congelamento da distância entre esses centros e o nucleófilo e da otimização dos outros graus de liberdade. Os resultados obtidos por este cálculo podem ser vistos na Figura 62.

Os sistemas modelados foram escolhidos pois exemplificam o que ocorre e, em conjunto com os dados experimentais, fornecem uma ideia da reatividade do canal SN2@S.

A primeira informação importante que obtemos desses resultados é que a superfície de energia potencial observada para a aproximação ao C é sempre mais baixa em energia quando comparada à superfície de formação do complexo de reagentes da via SN2@S. Isto indica que, apesar de possuir um estado de transição favorável, essa via de reação possui sua aproximação desfavorável, exceto para o sistema SH-_/(MeO)

2SO2 (Figura 62d). Dessa forma, o sistema pode cruzar para a superfície de menor energia durante a aproximação, não tendo acesso ao estado de transição de menor energia uma vez que forma o complexo de reagentes.

Figura 62. Superfície de energia potencial para a aproximação de diversos nucleófilos ao centros de S (quadrados pretos) e C (círculos vermelhos) calculados no nível B3LYP/6-31+G(d).

Portanto, para que a via de reação seja observada experimentalmente, um balanço entre a dinâmica de aproximação e a termoquímica e estabilidade do estado de transição deve existir.

Após analisar a Figura 62 em detalhes, vemos importantes diferenças na aproximação dos nucleófilos NH2- e OH- ao sulfato de dimetila (Figura 62a e b, respectivamente). Embora ambos os nucleófilos sejam fortes e possuam estados de transição para a via SN2@S calculados como favoráveis, a superfície de potencial para a aproximação do amideto se dá em energia mais alta, quando comparada à aproximação da hidroxila. Isso se deve a maior

repulsão do amideto aos oxigênios que rodeiam o S, bem como a sua maior nucleofilicidade em relação a hidroxila.

O comportamento da dinâmica durante a aproximação do OH- _{ao sulfito de metila} (Figura 62c) mostra que, a apesar do ambiente químico ao redor do S beneficiar a aproximação, a mesma não é favorável. Assim, é possível concluir que os resultados preditos somente pela estabilidade do estado de transição sejam superestimados para esta via.

Um comportamento interessante é observado para o sistema SH-/(MeO)2SO2 (Figura 62d). Como este nucleófilo é fraco, o estado de transição para o ataque no S é mais alto do que o estado de transição SN2@C, independentemente da aproximação do nucleófilo ao centro reativo.

Isso sugere que, para o SH-, a etapa de aproximação não seria a responsável pela falta de reatividade nessa via. Se considerarmos os resultados experimentais para o sistema SH-_/(MeO)

2SO, onde o complexo de reagentes para a via SN2@S foi detectado experimentalmente, percebe-se que este complexo pode ser formado, e a dinâmica não o impede. Isto faz sentido, já que a repulsão de um íon difuso com o SH- não seria tão pronunciada.

De acordo com os cálculos, um estado de transição favorável para o caminho de reação SN2@S requer um nucleófilo forte. A observação anterior indica que a dinâmica não seria impedida para sistemas difusos, que normalmente são nucleófilos fracos. Isto sugere que os efeitos termoquímicos e dinâmicos são opostos e tendem a se compensar de forma a tornar o centro S resistente a ataques, tanto de nucleófilos fortes, pela dinâmica, quanto fracos, pela energética.

Esta proposta está de acordo com os resultados experimentais (Tabela 6), onde nucleófilos fracos, principalmente com grupos polarizáveis como insaturações e anéis aromáticos, apresentam produtos SN2@S quando reagindo com o substrato (MeO)2SO. Dessa

forma, para um sistema exibir a via SN2@S como favorável, um compromisso entre o quão favorável é o estado de transição e quão repulsiva é a aproximação ao centro reativo deve existir. Podemos ver que o nucleófilo PhCH2-, apesar de não possuírem prótons lábeis para estabilizar o metóxido nascente, é suficientemente polarizável para superar a repulsão eletrostática e formar o complexo de reagentes, além de apresentar um estado de transição viável. Essa interpretação se encontra amparada pelos resultados experimentais que acusam a formação de produtos do ataque ao S para estes íons difusos (Tabela 6). Cabe ressaltar que a reação do íon C6H5- com o mesmo substrato exibe uma menor razão de produto SN2@S, o que indica a importância do volume do grupo e da formação do complexo de entrada nesse sistema.