Estudio computacional sobre la influencia del disolvente en la reacción de Menshutkin

Abstract

La reacción de Menshutkin es una reacción que se produce entre una amina terciaria y un haluro de alquilo para dar una sal de amonio y el haluro correspondiente mediante un mecanismo de sustitución nucleófila SN2. Esta reacción fue por primera vez descrita por Nikolai Menshutkin, en 1890. En este trabajo de Fin de Grado se ha realizado un estudio teórico sobre esta reacción centrado en los efectos del disolvente. En particular, estudiamos la reacción entre la amina más sencilla, el amoniaco (NH3), y haluros de metilo (CH3X, X=F, Cl, Br, I). La metodología teórica se basó en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT). La simulación del disolvente se realizó a través de métodos implícitos de continuo. Los resultados obtenidos en fase gas predicen, como era de esperar, que la reacción presenta una gran endergonicidad. A continuación, estudiamos los efectos producidos por tres tipos de disolvente (de menor a mayor polaridad): n-hexano, metanol y agua. Los resultados obtenidos indican que la barrera de transición disminuye con la polaridad del disolvente mientras que la estabilidad de los productos de reacción aumenta en el mismo sentido. Este resultado es lógico teniendo en cuenta la separación de carga producida a lo largo de la coordenada de reacción. El aumento de la velocidad de reacción con la polaridad del disolvente es, de hecho, un efecto bien conocido experimentalmente de la reacción de Menshutkin. Asimismo, podemos predecir que con disolventes poco polares el par iónico es el producto de reacción favorecido. Sin embargo, hemos visto también que los resultados obtenidos en este estudio no son aún cuantitativos y que existen algunas diferencias importantes entre las predicciones que hemos realizado y resultados previos tanto experimentales como teóricos. Las posibles causas que explican estas diferencias se discuten en este trabajo.