Paula Yurkanis Bruice - Capítulo 10

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Capítulo 10 
 
Reações de 
substituição de haletos 
de alquila 
 
Química Orgânica 
 4th Edição 
Paula Yurkanis Bruice 
Irene Lee 
Case Western Reserve University 
Cleveland, 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, essas 
reações 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 a 
sua 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 uma 
reação 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 como 
grupo 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-o 
a 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– > H2O 
CH3O
– > 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 mais 
fortes 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 pois 
solvatam cátions. 
É mais fácil quebrar interações íon–dipolo entre uma 
base fraca e o solvente do que entre uma base forte e o 
solvente. 
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 pequeno 
volume do substituinte alquila. 
3. Na substituição de um haleto de alquila quiral, uma 
mistura 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 uma 
reação 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 de 
um haleto alílico. 
Haletos vinílicos e haletos de arila não sofrem reações 
SN2 porque CC
H
ClR
H
Nu
X
Br
NuX
Haletos vinílicos e haletos de arila não sofrem reações 
SN1 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 concentração 
de 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 polaridade 
do solvente 
diminui a velocidade 
da reação 
nenhum dos reagentes está 
carregado na etapa 
determinante da velocidade 
aumenta a polaridade 
do solvente 
aumenta a velocidade 
da reação 
Alguns Reagentes Biológicos 
Metilantes