Sulfito de dimetila – (MeO) 2 SO

3.1.3.3.3.1 Nucleófilo OH-

A Figura 56 resume a superfície de potencial descrita para o sistema sulfito de dimetila/OH-.

Para este sistema, podemos verificar que o perfil se assemelha ao sistema sulfato de dimetila/OH-, exceto pela estabilização exibida pelos caminhos de reação SN2@S, independentemente da estabilização do grupo de saída pelo próton nucleofílico. Como podemos perceber, os estados de transição SN2@C e SN2@S diferem muito pouco em energia, o que eleva a barreira de reação interna para o ataque no enxofre, dado que o complexo de reagentes para essa via de reação é mais estabilizado. Tal fato, somado ao que já se conhece sobre o ataque a heteroátomos tanto para os sulfatos e análogos, quanto para os nitratos, indica porque experimentalmente a proporção de produtos ECO2:SN2@C:SN2@S é de 20:80:0. Dessa forma, nesse sistema, a repulsão causada pelos oxigênios do sulfato deve

também controlar a dinâmica de reação e a distribuição de produtos, dado que o perfil energético da reação SN2@S é favorável.

Figura 56. Diagrama de energia ao longo da coordenada de reação do sistema (MeO)2SO/OH-.

3.1.3.3.3.2 Nucleófilo NH2-

O sistema sulfito de dimetila/NH2- representado na Figura 57 apresenta estados de transição com energias idênticas no nível de precisão do cálculo.

Obviamente, pelos dois sistemas já apresentados, observa-se que a diminuição do número de oxidação formal do centro de S estabiliza o estado de transição para o ataque neste centro. Entretanto, os dados experimentais para o OH- indicam que os produtos ligados a esse caminho não são observados. Isso se altera para o sistema NH2-, onde a proporção experimental de produtos ECO2:SN2@C:SN2@S é de 49:44:7.

Esses dados são diretamente amparados pelos cálculos realizados, onde percebemos que os caminhos ECO2 e SN2@C, que possuem a mesma energia, contribuem igualitariamente.

Figura 57. Diagrama de energia ao longo da coordenada de reação do sistema (MeO)2SO/NH2-.

Entretanto, o mecanismo SN2@S também tem a mesma energia e deveria, se a seletividade fosse somente controlada pela termoquímica e desconsiderássemos a degenerescência da reação, apresentar contribuição semelhante, o que não acontece. Desta forma, temos mais uma evidência de que a dinâmica apresenta um papel importante, ligado não somente ao número de oxidação do centro de S, mas também à diminuição da repulsão do nucleófilo pelo neutro, já que um O a menos estará ligado ao enxofre. Cabe ressaltar que mesmo em quantidades diminutas, a presença desse produto verifica experimentalmente que o ataque a heteroátomos é, de fato, plausível, seja para o S, N, ou até o P.

3.1.3.3.3.3 Nucleófilo SH-

Os cálculos realizados para o sistema sulfito de dimetila/SH- _{apresentados na Figura} 58 descrevem o mesmo comportamento para esse nucleófilo em outros sistemas: elevação de todos os estados de transição em relação aos nucleófilos mais fortes, principalmente da via de eliminação E 2 e do ataque no enxofre, tornando a via de reação S 2@C a única plausível.

Figura 58. Diagrama de energia ao longo da coordenada de reação do sistema (MeO)2SO/SH-.

Quando comparados com os dados experimentais, vemos que o caminho de ataque ao carbono é praticamente o único observado, com 98% de produtos formados por esta via. Entretanto, os 2% restantes se devem ao complexo de entrada da reação SN2@S. Sendo assim, tal sistema fornece uma evidência experimental para a existência de um complexo de entrada para essa via, ilustrando que no caso do SH-, que não deve sofrer tanta repulsão em sua aproximação ao grupo sulfona, blindado por oxigênios, tal reação só não ocorre devido à barreira de reação. Isto indica que a via de ataque a heteroátomos, na verdade, é impedida por um conjunto de efeitos que se compensam. Caso o nucleófilo seja forte, e de preferência possua um próton, a barreira será baixa, mas a aproximação impedida devido à repulsão intensa entre o nucleófilo e os átomos de oxigênio. No caso de um nucleófilo mais básico e polarizável, que consegue enfrentar a repulsão durante a aproximação por ter uma densidade eletrônica difusa, a barreira será alta, impedindo que se obtenha a substituição no heteroátomo em ambos os casos.

3.1.3.3.3.4 Nucleófilo F-

Da mesma forma que foi discutido para outros substratos, o sistema sulfito de dimetila/F- apresentado na Figura 59 não apresenta o caminho SN2@S viável, pois se trata de um nucleófilo aprótico, que não é capaz de estabilizar o grupo metóxido nascente.

Figura 59. Diagrama de energia ao longo da coordenada de reação do sistema (MeO)2SO/F-.

Além disso, mesmo que o estado de transição para esta via fosse acessível, a reação é 10 kcal mol-1 endotérmica, impedindo, portanto, a reação de ocorrer em fase gasosa. Esse fato indica que a ligação F-S é mais fraca que a ligação F-O, o que está de acordo com valores de energia de ligação de 78 e 87 kcal mol-1 para F-S e O-S, respectivamente.[103], [104]

Note que a diferença de 9 kcal mol-1 _{entre esses dois valores responde} satisfatoriamente pela exotermicidade observada.

3.1.3.3.3.5 Nucleófilo MeO- _{e EtO}-

Os resultados obtidos para o sistema sulfito de dimetila/MeO- _{e sulfito de} -

Figura 60. Diagrama de energia ao longo da coordenada de reação do sistema (MeO)2SO/MeO-.

Exceto por um complexo de entrada mais profundo para a via SN2@S, estes resultados são qualitativamente idênticos aos apresentados para o mesmo nucleófilo reagindo com o sulfato de dimetila.

Apesar disso, os resultados experimentais para CD3O-, nesse sistema, são extremamente divergentes. Mesmo que o nucleófilo NH2- tenha mostrado 7% de produto para a via SN2@S, enquanto o SH- possibilitou o isolamento do complexo de entrada para o mesmo caminho de reação, os resultados obtidos para o CD3O- indicam que a eficiência da reação SN2@S seria a mesma que a reação SN2@C.[94] Isso se deve, segundo os autores, à formação de uma espécie intermediária tetraédrica, que seria um intermediário de reação e, não, um estado de transição, que poderia sofrer dissociação e favorecer a troca dos grupos metilas, identificados pela substituição isotópica.

Pelo fato do metóxido nascente poder reatacar o sistema, os autores explicam que a proporção de 83:17 para a distribuição de produtos SN2@C:SN2@S é tendenciosa e que, se corrigida, seria de 50:50. Entretanto, tais intermediários sem características de estado de transição não foram encontrados em nossos cálculos, indicando que algum outro mecanismo deve ser responsável pela reatividade exibida.

Cabe ressaltar que o nucleófilo MeO- não deveria ter facilidade para formar o complexo de entrada devido a repulsão pelos oxigênios do sulfóxido, e também não deveria ter o estado de transição acessível devido a falta de próton no nucleófilo.

Uma explicação plausível aventada frente aos cálculos realizados é que ocorre uma troca isotópica no sulfito de dimetila neutro, promovido pela via SN2@C conforme ilustrado no Esquema 30.

Com o reataque do produto SN2@C ao éter formado, dado pelo metóxido deuterado, poderia ocorrer a formação do sulfito de dimetila deuterado, que quando submetido a SN2@C novamente poderia produzir o D3COSO2- confundido como produto SN2@S.

MeO S O Me O O + D3CO MeO S O O O + D3C-O-Me MeO S O CD₃ O O + MeO MeO S O CD3 O O + MeO D3C S O O O + MeOMe

Esquema 30. Possível mecanismo pra a formação de sulfito de dimetila deuterado e o produto D3COSO2-.

Entretanto, tal possibilidade não parece favorável, já que o caminho inverso da SN2@C deveria ser seguido, fazendo com que o sistema tenha que vencer uma barreira interna para a volta de cerca de 50 kcal mol-1.

Infelizmente, os dados experimentais não estão disponíveis para o nucleófilo EtO- _para permitir comparações.