2.1_Mecanismo-Substituição-Nucleofílica-Alifática-

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Química Orgânica II
Unidade 2 – Reações de Substituição/Eliminação
2.1. Reações de Substituição Nucleofílica em Carbono sp3/Eliminação
2.2. Reações de Substituição Via Radicais.
2.3. Reações de Substituição Aromática.
2.4. Reações de Substituição em Carbono sp2.
Unidade 2
1
Mecanismo de Substituição
Nucleofílica
2
O que é uma reação de substituição?
O átomo ou grupo que é substituído é chamado de grupo de saída ou leaving group
3
YA X A + XY
Este é um bom momento para algumas reflexões. Podemos dizer que o
nucleófilo é uma base de Lewis, e o substrato é um ácido de Lewis? O orbital
que contém o par de elétrons ativo do nucleófilo é o HOMO da molécula do
nucleófilo? E qual é o LUMO do substrato?
4
1. Substituição nucleofílica alifática 
Quando o grupo R for alquílico
5
Cargas elétricas na substituição nucleofílica
Existem 4 tipos possíveis de reações. Exemplos possíveis
6
Lembrete
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-
δ+ δ-
δ+ δ-
Alternativamente…
Nu:- +
C X C+δ+ δ-
+ X-
C+ C Nu
7
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. 
8
O Mecanismo de uma Reação SN2
Considere a cinética da reação: 
Velocidade = k[haleto de alquila][nucleófilo]
uma reação de segunda ordem
+CH3Br OH +CH3OH Br
9
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. 
10
11
12
Por que o nucleófilo ataca pelo lado de trás?
13
Um substituinte volumoso no haleto de alquila reduz a
sua reatividade: impedimento estérico
14
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.
15
Inversão de configuração (inversãoWalden) em uma
reação SN2 deve-se ao ataque pelo lado de trás.
16
Reações SN2 São Afetadas pelo Grupo de Saída
17
Quanto mais fraca for a base, melhor ela será como
grupo de saída.
18
Carbono 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.
19
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).
20
Quando comparamos as moléculas com o mesmo átomo que ataca,
21
Nucleófilos
Quando comparamos as moléculas com átomos que 
atacam de tamanhos aproximadamente iguais,
22
Quando comparamos as moléculas com átomos que 
atacam que são muito diferentes em tamanho, 
mais ligado
menos ligado
23
A Nucleofilia é Afetada por Efeitos Estéricos
O efeitos estéricos afetam a nucleofilicidade, mas
não afetam a basicidade.
24
25
Haleto em cabeça de ponte não reage SN2
Efeitos Estéricos no Substrato:
Se a reação é realizada em fase gasosa, as bases mais fortes são os melhores nucleófilos
mas, se um solvente prótico é usado
26
Reações de Substituição Nucleofílica SN2
É mais fácil quebrar interações íon–dipolo entre uma base fraca e o
solvente do que entre uma base forte e o solvente.
27
Reações de Substituição Nucleofílica SN2
F- é um melhor nucleófilo em solvente apolar ou polar aprótico, 
como DMSO e DMF. 
Ânions “nus”
Solventes apróticos solvatam bem 
cátions28
Uma reação SN2 ocorre na direção que permite a base mais forte deslocar a base mais fraca.
29
30
Mecanismo Substituição Nucleofílica 
Unimolecular - SN1
30
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
O Mecanismo de uma Reação SN1
De acordo com a cinética da reação: 
(CH3)3CBr + H2O (CH3)3COH + HBr
Velocidade = k[haleto de alquila]
31
1. A velocidade da reação depende somente da 
concentração do haleto de alquila.
2. A velocidade da reação é favorecida pelo maior 
número de substituintes alquílicos.
3. Na substituição de um haleto de alquila quiral, uma
mistura racêmica de produtos é obtida.
Três evidências experimentais que suportam o Mecanismo de 
Reação SN1
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
32
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
33
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
O carbocátion em uma reação SN1
Estabilização por hiperconjugação
Relembrando...
34
Diagrama da coordenada de reação para uma Reação SN1
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
Postulado de Hammond-Leffler35
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
Estereoquímica das reações SN1
Ex. 1:
36
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
Às vezes produtos invertidos extras são formados em 
uma reação SN1 pois…
Unidade 237
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
Grupos de saída
Fatores que afetam as reações SN1 
Nucleófilo (????)
38
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
Rearranjos do carbocátion
39
Solvente
Reações de Substituição Nucleofílica SN1
A habilidade ionizante do solvente
40
Reações de Substituição Nucleofílica SN1 e SN2
41
42
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 concentração do nucleófilo, a reatividade do nucleófilo, o solvente da
reação determinarão qual reação predominará .
Os produtos resultantes da substituição de substâncias cíclicas
Ambos o cis- e o trans-4-metil-ciclo-hexanol são obtidos em uma reação SN1. 
43
HH
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.
44
Haletos benzílicos e alílicos sofrem reações SN1. 
Haletos benzílicos e alílicos formam
carbocátions estáveis.
45
Mais de um produto pode resultar de uma reação SN1 de um haleto
alílico.
46
47
Problema 1.
 Quando se adiciona bromo a um dieno conjugado, obtém-se 
uma mistura de dibrometos 1,2 e 1,4 como mostrado abaixo. 
Explique a formação desses produtos. 
48
Resposta
 A adição se dá por formação inicial de íon bromônio: este pode
formar um carbocátion alílico, com a carga distribuída entre dois
carbonos. O íon brometo pode atacar qualquer dos dois carbonos
positivos.
49
Problema 2
 Foi demonstrado que a substituição nucleofílica SN2 com rearranjo alílico é um processo 
estereoespecífico: o nucleófilo entra em cis (do mesmo lado) ao grupo-que-sai. Podemos entender 
que a dupla ataca o carbono (que tem o grupo-que-sai) pelo lado oposto ao grupo-que-sai, e o 
nucleófilo ataca a dupla pelo lado oposto àquele que a dupla ataca o carbono. 
 Sabendo disto, faça uma 
previsão da estereoquímica do 
produto na seguinte reação de 
substituição SN2 com rearranjo 
alílico: 
50
Resposta
51
Mais questões:
 1. Na substituição (de halogênio por OH) de um certo 
haleto de alquilo por reação em meio aquoso, foi 
determinado que a velocidade de reação dependia 
apenas da concentração do haleto de alquilo. Podemos 
concluir daí que a reação se processou pelo mecanismo 
SN1?
52
Resposta 1.
 Não, porque o nucleófilo pode ser a água,H2O, e a água 
sendo o solvente, não aparece no resultado cinético porque 
sua concentração permanece constante (seria uma reação de 
pseudo-primeira ordem). 
53
 2. Explique a reação a seguir:
54
Resposta 2.
55
 3. Nas reações de álcoois com PX3 para formar haletos, há evidências de que se forma um 
intermediário como mostrado a seguir.
Este intermediário pode sofrer substituição SN2 por um haleto ou pode fazer uma reação SNi, 
como o cloreto de tionilo. Ao efetuar a reação abaixo, um químico isolou os produtos 
representados. Explique o que ocorreu. 
56
Resposta 3.
 Substituição com rearranjo alílico. 
57
 4. Se você precisasse de brometo de trans,trans-farnesilo e encontrasse em seu 
almoxarifado trans,trans-farnesol e nerolidol, qual álcool você escolheria para 
tratar com PBr3? 
58
Resposta 4.
 Seria mais recomendável começar pelo nerolidol, pois 
comumente esta reação ocorre com rearranjo alílico. 
59
Exercícios propostos:
 Q-01. Lembrando que o carbocátion tem estrutura 
planar, escreva a estrutura do carbocátion intermediário 
e a estrutura do álcool formado pela reação 
abaixo:
CH3
H
CH3
Br
H2O
SN1
60
 Q-02. Qual o produto da etanólise do cloreto de t-
butila? Descreva os passos sabendo que o mecanismo é
SN1.
 Q-03. Partindo-se de 2-bromobutano, quais reagentes
seriam necessários para se obter:
CH3CHCH2CH3
OCH2CH3
CH3CHCH2CH3
SH
CH3CHCH2CH3
OCCH3
O
CH3CHCH2CH3
S
CH3
a)
b)
c)
d)
61
 Q-04. Mostre qual reagente pode ser usado para
sintetizar os compostos abaixo a partir de 1-
bromopropano.
OH
I
O
S
O
O
N Br-
CN
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
62
 Q-05. Decida, entre os pares de haletos abaixo, qual
reage mais rapidamente pelo mecanismo SN2 e explique
sua resposta.
Br oua)
Broub)
Cl Brouc)
Br Br
Br
Br
oud)
63
 Q-06. Quando o 3-bromo-2-butanol (A), com a
estereoquímica ilustrada abaixo, é tratado com HBr
concentrado, ele fornece meso-2,3-dibromobutano.
Numa reação similar o 3-bromo-2-butanol (B) fornece
(±)-2,3-dibromobutano. Proponha um mecanismo que
explique os resultados.
H
Br
CH3
H3C OH
H
A
H
Br
H
H3C OH
CH3
B
64
Q-07. Proponha um mecanismo para as reações abaixo.
HO
Br OH
H2O
O
H2N
Br OH
H2O
H
N
a)
b)
65
Q-08. Considere as seguintes afirmações:
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 volume do haleto de alquila.
3. A configuração no produto substituído é invertida em 
relação à configuração do reagente haleto de alquila quiral.
Responda:
(a) Para qual tipo de reação essas afirmações são verdadeiras?
(b) Qual a ordem para a velocidade desta reação?
(c) Escreva a equação de velocidade para a mesma.
66
Q-09. Explique detalhadamente por que na reação de SN2 há inversão de configuração e
na reação do tipo SN1 ocorre racemização do produto de substituição (use esquemas
com estruturas químicas para exemplificar sua explicação).
Q-10. Mostre a estrutura química do principal produto em cada transformação abaixo.
Explique sua resposta
Q-11. Explique o porquê do (S)-bromo-3-metilexano reagir com H2O em acetona-água 
como solvente e fornecer o 3-metil-3-hexanol racêmico como produto.
Br CH3O
-
Br tBuO
-
67
Q-12. Qual das substâncias abaixo você esperaria ser mais 
reativa em uma reação SN2? Justifique.
Q-13. Dê as equações de velocidade para as reações SN2 e SN1.
Desenhe um gráfico com diagrama de energia genérico
(energia potencial x progresso da reação) para cada tipo de
reação (SN2 e SN1), incluindo reagentes hipotéticos, estado(s)
de transição, intermediário(s) e produto(s).
H
CH3
H
BrCH3
H
H
CH3
Br
HCH3
Hou
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