Capítulo 10

Reações de substituição de haletos

de alquila

Química Orgânica 4th Edição

Paula Yurkanis Bruice

Irene LeeCase Western Reserve

UniversityCleveland, OH

©2004, Prentice Hall

O que é uma reação de substituição?

O átomo ou grupo que é substituído ou eliminado nessas reações é chamado de grupo de saída.

Haletos de alquila têm grupos de saída relativamente bons.

Como os haletos de alquila reagem?

RCH2 X X= F, Cl, Br, I

Nu:- + C X C Nu + X-

+ -

+ -

Alternativamente…

Nu:- +

C X C++ -+ X-

C+ C Nu

Devido ao fato do nucleófilo substituir o halogênio, essasreações são conhecidas como reações de substituição nucleofílica.O mecanismo de reação predominante depende dos seguintes fatores:

• a estrutura do haleto de alquila;• a reatividade do nucleófilo;• a concentração do nucleófilo;• o solvente da reação.

O Mecanismo de uma Reação SN2

Considere a cinética da reação:

CH3Br + OH– CH3OH + Br–

Velocidade = k[haleto de alquila][nucleófilo]

uma reação de segunda ordem

Três Evidências Experimentais que Suportam o Mecanismo de Reação SN2

1. A velocidade da reação depende da concentração do haleto de alquila e do nucleófilo.

2. A velocidade da reação com determinado nucleófilo diminui com o aumento do tamanho dos haletos de alquila.

3. A configuração no produto substituído é invertida em relação à configuração no reagente haleto de alquila quiral.

Por que o nucleófilo ataca pelo lado de trás?

Um substituinte volumoso no haleto de alquila reduz asua reatividade: impedimento estérico

Diagramas das coordenadas de reação para (a) a reação SN2 do brometo de metila (b) uma reação SN2 de um brometo de alquila estericamente impedido.

Inversão de configuração (inversão Walden) em umareação SN2 deve-se ao ataque pelo lado de trás.

Reações SN2 São Afetadas pelo Grupo de Saída

Quanto mais fraca for a base, melhor ela será comogrupo de saída.

Cabono e iodo têm a mesma eletronegatividade.

Por que RI é o mais reativo?

átomos grandes são mais polarizáveis que átomos pequenos.

A grande polarizabilidade de um átomo de iodo leva-oa reagir como se fosse polar.

O Nucleófilo Afeta uma Reação SN2

Nucleofilicidade é a medida da rapidez com que uma substância (um nucleófilo) é capaz de atacar um átomo deficiente de elétrons.

Nucleofilicidade é medida pela constante de velocidade(k).

DIFERENTEMENTE

Basicidade é a medida da facilidade com que uma substância (uma base) compartilha seu par de elétrons livre com um próton.

Basicidade é medida pela constante de dissociação ácida (Ka).

Quando comparamos as moléculas com o mesmo átomo que ataca,

base mais forte,melhor nucleófilo

base mais fraca,nucleófilo pobre

OH– > H2OCH3O– > CH3OH–NH2 > NH3

CH3CH2NH– > CH3CH2NH2

Quando comparamos as moléculas com átomos que atacam de tamanhos aproximadamente iguais,

Quando comparamos as moléculas com átomos que atacam que são muito diferentes em tamanho,

mais ligado

menos ligado

Se a reação é realizada em fase gasosa, as bases maisfortes são os melhores nucleófilos

mas, se um solvente prótico é usado

O Efeito do Solvente na Nucleofilicidade

Como um solvente prótico faz bases fortes menos nucleofílicas?

Considere a interação íon–dipolo

Entretanto, o fluoreto é um melhor nucleófilo em solvente apolar.

Também, solventes polares apróticos, como o DMSO e DMF, facilitam a reação de substâncias orgânicas poissolvatam cátions.

É mais fácil quebrar interações íon–dipolo entre uma base fraca e o solvente do que entre uma base forte e osolvente.

A Nucleofilicidade é Afetada por Efeitos Estéricos

O efeitos estéricos afetam a nucleofilicidade, mas não afetam a basicidade.

Uma reação SN2 ocorre na direção que permite a base mais forte deslocar a base mais fraca.

Evidência Experimental para uma Reação SN1

1. A velocidade da reação depende somente da concentração do haleto de alquila.

2. A velocidade da reação é favorecida pelo pequenovolume do substituinte alquila.

3. Na substituição de um haleto de alquila quiral, umamistura racêmica de produtos é obtida.

Diagrama da Coordenada de Reação para uma Reação SN1

O carbocátion, intermediário da reação, conduz à formação de dois produtos estereoisoméricos

O Efeito do Grupo de Saída Sobre uma Reação SN1

O nucleófilo não tem efeito sobre a velocidade de umareação SN1.

Quando uma reação forma um intermediário carbocátion, observe sempre a possibilidade de um rearranjo de carbocátion.

A Estereoquímica de Reações SN2

A Estereoquímica de Reações SN1

Ás vezes produtos invertidos extras são formados em uma reação SN1 pois…

Os produtos resultantes da substituição de substâncias cíclicas

Ambos o cis- e o trans-4-metil-ciclo-hexanol são obtidos em uma reação SN1.

Haletos benzílicos e alílicos sofrem reações SN2

rapidamente, a menos que eles sejam terciários.

Haletos benzílicos terciários e haletos alílicos terciários não reagem em reações SN2 por causa do

impedimento estérico.

Haletos benzílicos e alílicos sofrem reações SN1.

Haletos benzílicos e alílicos formam carbocátions estáveis.

Mais de um produto pode resultar de uma reação SN1 deum haleto alílico.

Haletos vinílicos e haletos de arila não sofrem reações SN2 porque

CCH

ClRH

NuX

Br

NuX

Haletos vinílicos e haletos de arila não sofrem reaçõesSN1 porque

RCH CH Cl RCH CHX + Cl-

Br

X + Br-

Quando um haleto de alquila pode sofrer tanto uma reação SN1 quanto uma reação SN2,

a concentração do nucleófilo,

a reatividade do nucleófilo,

o solvente da reação

determinarão qual reação predominará

Uma reação SN2 é favorecida por uma alta concentraçãode um bom nucleófilo.Uma reação SN1 é favorecida por uma baixa concentração de um nucleófilo ou por um pobre nucleófilo.

A Função do Solvente em Reações SN2 e SN1

um ou mais reagentes carregados na etapa determinante da velocidade

aumenta a polaridadedo solvente

diminui a velocidadeda reação

nenhum dos reagentes estácarregado na etapa determinante da velocidade

aumenta a polaridadedo solvente

aumenta a velocidadeda reação

Alguns Reagentes Biológicos Metilantes