3-Reações de Substituição Nucleofílica

++++L-

CH3

CH3 CH3Nu

L

CH3

CH3

CH3

SN1 - UNIMOLECULAR

1

v = k [R-L]

Nu

CH3

CH3

CH3CH3

CH3 CH3

++++ Nu

Nu = OH, H2O RO-, ROH, HS-, NH2, Aminas, RCOO

-, RCOOH, I-, CN-

L = X, OSO2OR, Ots

(CH3)3CCl + 2H2O (CH3)3COH + H3O+ + Cl-

+ Cl-

CH3

CH3 CH3H2O

CH3

Cl

CH3

CH3

CH3

CH3 CH3H

2

H3C

H3CCH3

+ OHH O

H

H

CH3

H3C

H3C

O

H

H OHH

OH

CH3

CH3

CH3

+OHH

H

Estereoquímica – SN1

CH3

CH3CH CH2CH3

CH3

C

CH2CH3CH3C

CH2CH3

3

CH3

OHH

CH3CCH

CH3

OH

CCH

H3C

HO CH3

CH3

Mistura de Isomeros (R e S)

SN2 – BIMOLECULAR

Br

H

H HO

H

HHO- +

H H

BrHOδδδδδδδδ

−−−−

Br-++++

−−−−

4

H HH

Estado de Transição

v = k [R-X] [H2O]

[CH3Cl] [-OH] V (inicial)

1 0,0010 1,0 4,9x 10-7

2 0,0020 1,0 9,8x 10-7

60ºC

H2OCH3Cl OH CH3OH Cl

5

2 0,0020 1,0 9,8x 10

3 0,0010 2,0 9,8x 10-7

4 0,0020 2,0 19,6x 10-7

V= [CH3Cl].[-OH]

Estereoquímica – SN2

H3C Cl H3C HH3C

Cl

HOH

6

H H H OHH

OH

HOH

cis-1-Cloro-3-metilciclopentanotrans-metilciclopentanol

Principais Reações

NaOH

H2O

RONa

ROH + NaX

ROH + HX

ROR + NaX

7

R-C C

CN

RCOO

NHR2

R-X RC CR

R-M R-R

RCN

RCOOR

RNR2

Síntese de Williamson

O-K+ CH3CH2Br

C

CH3

H3C

CH3

O-Na+ + H3C I C

CH3

H3C

CH3

O CH3 + NaI

O CH CH + KBr

DMSO

DMSO

8

O-K+ CH3CH2Br O CH2 CH3 + KBrDMSO

HO CH2 CH2 Br + NaOH

O

+ NaBr

HO CH2 (CH2)n Br

n = 1, 2, 3, 4

O O OO

Reações dos Epóxidos

OH+(Cat.)

HO-CH2-CH2-OH

RO-CH2-CH2-OH

ArO-CH2-CH2-OH

H2O

ROH

ArOH

9

ROH + NaOH

RO- + RO-CH2-CH2-OH

RO-+Na + H2O

ArO-CH2-CH2-OH

X-CH2-CH2-OH

R-CH2-CH2-OMgXH2O R-CH2-CH2-OH

HX

RMgX

OH+(Cat.)

O

H

CH3OHCH3O

OH

HCH3O

OH

O OCH3O

CH3OO

CH3OOHNaOH

H2O

SN2

10

SN1

OH3C

H3C

H+(Cat.)O

H

H3C

CH3

H3CH

H3C OH

X

H3COH

H3C

H3COH

H3C OCH3

H

H3COH

H3C OCH3

H

Reações com tióis

H3C

CH

CH3

Br

CH3CH2SH+ + NaOH CH3CH2S-+ +H2O Na

+

H3C CH3

11

H3C

CH

CH3

Br

C

CH3

H3C SCH2CH3

H

C CR H + NaNH2 C C-Na+R + NH3

Reações com Alcinos

12

C CR H + CH3CH2CH2CH2Li C C-Li+R + CH3CH2CH2CH3

C C-Na+H + + CH3CH2CH2CH2BrNH3(liq)

CH3CH2CH2CH2 CC H NaBr

Fatores que influenciam as reações de SN

O SUBSTRATO

CH

H

H

Br CH3C

H

H

Br CH3C

H

CH3

Br CH3C

CH3

CH3

BrCH3C

CH3

CH3

CH2 Br

Reatividade <1150040.0002.000.000

R-Br + Cl- R-Cl + Br-SN2

13

Reatividaderelativa

<1150040.0002.000.000

Reatividade com substrato MENOSMAIS

CH

H

H

CH3C

H

H

CH3C

H

CH3

CH3C

CH3

CH3

MENOSMAIS

CH2

SN1

H2C CH CH2

Estabilidade

> ∼∼∼∼∼∼∼∼ >>∼∼∼∼∼∼∼∼

O NUCLEÓFILO

R-Br + Nu- R-Nu + Br-

Reatividade

relativaHS- CN- I- CH3O

- HO- Cl- NH3 H2O

125.000 125.000 100.000 25.000 16.000 1000 700 1

SN2

14

Reatividade como nucleófilo MENOSMAIS

SN1- A força do nucleófilo não é importante na deter-

minação da velocidade da reação

Basicidade ���� Posição de equilíbrio entre um doador e um ácido ( Afinidade por próton)

Nucleófilo���� Termo da velocidade da reação com o substrato.

CH3O- + H2O CH3OH + HO

-

CH3S- + H2O CH3SH + HO

-

CH3O- +

O

CH3O C O-lento

rápidoO

Basicidade

Nucleofilo

15

rápidoCH3S

- + CH3S C O-

FRACA BASE FORTE

PIOR NUCLEÓFILO MELHOR

CH3COOH < H2O < CH3COO- < C6H5O- < HO- < CH3O-

I- Br- Cl- F-Basicidade

Nucleofilo

Basicidade

Nucleofilo

F- HO- -NH2

16

GRUPO DE SAÍDA

Y

R

R

R

Nu- +

R

R R

YNuδδδδδδδδ

−−−−

Estado de Transição

Y-++++

−−−−

Grupo de saída

Nu

CH3

CH3

CH3

CH3 CH3

17

Reatividade

relativa

Reatividade com Grupo de saída MENOSMAIS

HO- -NH2 RO-

I- Br- Cl- F-

~0120010.00030.00060.000

TosO-

SN2 e SN1

CH3

Aminas não podem sofrer reações de substituição pois

NH2– é uma base muito forte (um pobre grupo de saída)

RCH2F > RCH2OH > RCH2NH2

HF H2O NH3pKa = 3.2 pKa = 15.7 pKa = 36pKa = 3.2 pKa = 15.7 pKa = 36

Protonação da amina não resolve o problema

CH3CH2NH3+

+ OH- CH3CH2NH2 + H2O

Reatividade

relativa

Reatividade como solvente MENOSMAIS

SN2

CH3CH2CH2CH3Br + N3- CH3CH2CH2CH3N3 + Br

- Solvente

HMPA CH3CN DMF DMSO H2O CH3OH

200.000 5000 2800 1300 7 1

O SOLVENTE

19

Reatividade como solvente MENOSMAIS

Nu- H-OR

H-OR

H-OR

RO-HP

O

NN

N CH3

CH3

H3C

H3C

H3C CH3

SN1

Reatividade

relativa

Reatividade como solvente MENOSMAIS

(CH3)3CCl + ROH Solvente (CH3)3COR + HCl

H2O 80% EtOH/Aquoso 40% EtOH/Aquoso EtOH

100.000 14.000 100 1

H

20

CH

O

H

H

OH

HO

H

HO

HH

OH

H HO

H

OH

H

O

H

21

22

Haletos vinílicos e haletos de arila não sofrem reações SN2

CCH

ClR

H

Nu

X

Br

NuX

Haletos vinílicos e haletos de arila não sofrem reações SN1

RCH CH Cl RCH CHX + Cl-

Br

X + Br-

Eliminação x Substituição

24

Eliminação x Substituição

Resumo das reações de Substituição e de Eliminação

Tipos de RX SN1 SN2 E1 E2

RCH2 X

(primário)

Não Ocorre Altamente

favorecido

Não Ocorre Ocorre com

Bases fortes

25

R2CHX

(secundário)

Halogenetos

alilicos e

benzilicos

Ocorre

competição

c/ E2

Halogenetos

alilicos e

benzilicos

Favorecidos

com bases

Fortes

R3X

(terciário)

Favorecida

c/ solventes

hidroxílicos

Não Ocorre Ocorre

competição

c/ SN1

Favorecidos

com bases

Temperaturas altas favorecem as reações de Eliminação

Haletos de Alquila Primários

NaCN

THF-HMPACN

SN2 = RSSN2 = RS--, I, I--, CN, CN--, NH, NH33 ou ou BrBr-- //solvsolv. . apróticosapróticos

E2= Bases volumosas/ E2= Bases volumosas/ SolvSolv. . PróticosPróticos

26

THF-HMPA

(CH3)3COK

Br

1-Bromo-butano

CN

Pentanonitrila (90%)

1-buteno (85%)

Haletos de Alquila Secundários

SN = Bases fracas / solventes apróticosE = Bases fortes

CH3COO-

O

O

Acetato de isopropila (100%)

27

Br

CH3CH2ONa

CH3CH2OH

Acetato de isopropila (100%)

O

+

Etil-isopropiléter

(20%)

Propeno (80%)

Haletos de Alquila Terciários

CH3CH2ONa

CH3CH2OH

O CH2CH3 +

Etil-terc-butil-éter 2-metil-propeno

SN1= Bases fracas / solventes apróticosE = Bases fortes

28

Br

O CH2CH3 +

Etil-terc-butil-éter

(80%)

Etil-terc-butil-éter

(3%)

2-metil-propeno

(20%)

2-metil-propeno

(97%)

CH3CH2OH