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• São umas das reações mais versáteis e utilizadas na química orgânica. • Haletos de alquila são eletrófilos. ↪Devido a sua polaridade. • Podem reagir com nucleófilos/bases: 1. Por meio da substituição do grupo X por um nucleófilo; 2. Pela eliminação de HX para formar um alceno. SN2 Substituição nucleofílica bimolecular • O nucleófilo e o haleto de alquila participam da etapa da reação cuja cinética está sendo medida. • Reação de 2ª ordem. ↪Velocidade depende da [ ] de duas espécies. • Ocorre em uma única etapa. ↪Não há a formação de intermediários. ●Nucleófilo que está entrando reage com o substrato pelo lado oposto ao grupo abandonador. • Inverte-se a configuração estereoquímica da molécula. • Mecanismo: 1. Nucleófilo ataca o átomo de carbono que está a 180º do halogênio que sai; Estado de transição se forma; 2. Quando a ligação C-OH se forma totalmente a estereoquímica no átomo de C se inverte e o íon brometo deixa a molécula com o par de elétrons da ligação C-Br. • As duas moléculas estão envolvidas na etapa cuja velocidade é medida. Características da reação SN2 • Velocidade de uma reação química → determinada pela energia de ativação ΔG‡ • Aumento da energia do estado de transição; diminuição da energia dos reagentes → aumenta o valor de ΔG‡. (b) ∴ diminui a velocidade da reação. ↳O contrário disto aumenta a velocidade da reação. (a) • Substrato volumoso dificulta a aproximação do nucleófilo. ↪Ligação química fica mais difícil • Substrato impedido estereoquimicamente → estado de transição é superior em energia ∴ se forma mais lentamente. (a) • Substrato menos impedido → estado de transição se forma mais rápido. (c) • Reatividade: • Nucleófilos → base de Lewis. ↪Carregado negativamente ou neutro ✓ Nucleófilo carregado negativamente → produto neutro; ✓ Nucleófilo neutro → produto carregado negativamente; • A reatividade de um nucleófilo pode variar de uma reação para outra; • Nucleofilicidade depende: ✓ Do substrato; ✓ Do solvente; ✓ Da concentração dos reagentes. • A tabela a seguir relaciona alguns nucleófilos em ordem de reatividade. Reação SN2 mais rápida. Reação SN2 mais lenta. • Algumas tendências de nucleofilicidade que podem ser observadas: ●A nucleofilicidade acompanha aproximadamente a basicidade. ↳Quanto mais básico a substância, maior seu caráter nucleofílico. ●A nucleofilicidade geralmente aumenta de cima para baixo na mesma família da tabela periódica. ↳HS- > HO-; ↳I- > Br- > Cl-. ●Nucleófilos carregados negativamente normalmente são mais reativos que os neutros. • Melhores grupos abandonadores → aqueles que estabilizem melhor a carga negativa adquirida ao sair do composto. • Maior a extensão de estabilização de carga → menor a energia do estado de transição ∴ mais rápida a reação • Grupos que melhor estabilizam uma carga negativa → bases fracas. • F-, HO-, RO-, H2N- → não são deslocados por nucleófilos ↪geralmente fluoretos de alquila, álcoois, éteres e aminas normalmente não sofrem reações SN2. • Solventes apróticos polares são os melhores. • Solventes próticos (contém -OH ou -NH) → piores para reações SN2. ↪Metanol e etanol diminuem a velocidade da reação → solvatam o nucleófilo reagente. ↳O solvente forma ligações de H com o nucleófilo que se aproxima → diminui a sua energia e reatividade. Nucleofilicidade: afinidade de uma base de Lewis por um átomo de carbono Basicidade: afinidade de uma base por um próton • Solventes apróticos aumentam a velocidade da reação. ↪Aumentam a energia do estado fundamental do nucleófilo. ↳Acetronila; dimetilformamida; dimetilsulfóxido; hexametilfosforamida. ●Esses solventes dissolvem muitos sais devido as suas altas polaridades e solvatam cátion metálico em vez de ânions nucleofílicos. SN1 Substituição nucleofílica unimolecular • Velocidade depende apenas da concentração do substrato. • Reação de primeira ordem Velocidade da reação = k x [RX] o Etapa determinante da velocidade → etapa da reação em que há um estado de transição de energia mais elevado. • A concentração do nucleófilo não aparece na equação de velocidade pois ela não está envolvida na etapa determinante da velocidade. ↪Deve estar envolvida em alguma outra etapa. • Este tipo de reação ocorre em mais de uma etapa. • A SN1 acontece primeiro pela perda do grupo abandonador e depois a entrada do nucleófilo. • Ocorre a formação de intermediário. ↪Carbocátion. • O resultado estereoquímico é diferente da reação SN2 devido a formação do intermediário. ↪Carbocátions são planos → hibridização sp2 e aquirais. ●O carbocátion intermediário simétrico pode reagir com um nucleófilo igualmente bem de ambos os lados. Características da reação SN1 • Também é influenciada pelo substrato, grupo abandonador, “nucleófilo” e solvente. • Reação é favorecida quando formado um carbocátion estável. • Quanto mais estável o carbocátion intermediário → mais rápida é a reação. • Ordem de estabilidade dos carbocátions alquila: ●3º > 2º > 1º > metila • Carbocátions alila e benzila são incomumente estáveis. ↪Elétron não emparelhado pode ser deslocalizado. • Devido a estabilização por ressonância, um carbocátion primário alila ou benzila é tão estável quanto um carbocátion alquila secundário. • Melhores grupos abandonadores são os mais estáveis. ↪Bases conjugadas de ácidos fortes. • A natureza do nucleófilo não afeta uma reação SN1. ↪Nucleófilo não participa da etapa determinante da velocidade. • Nucleófilos neutros são tão efetivos quanto os nucleófilos carregados negativamente. ↪Reações SN1 ocorrem em condições neutras ou ácidas. • Nesta reação os efeitos do solvente são em grande parte devidos à estabilização e à desestabilização do estado de transição. • Qualquer fator que estabilize o carbocátion intermediário deve aumentar a velocidade da reação. ↪Postulado de Hammond. ●Solvatação do carbocátion tem esse efeito. ●As moléculas do solvente se orientam em torno do carbocátion de modo que as extremidades ricas em elétrons dos dipolos do solvente apontem em direção da carga positiva. ↪Diminui a energia do íon e favorece sua formação. • Reações SN1 acontecem muito mais rapidamente em solvente polares mais fortes. ↪Água e metanol ●E também em solventes polares mais fracos. ↪Éter e clorofórmico. • Reações SN1 são favorecidas em solventes próticos. ↪A energia do estado de transição, que conduz ao carbocátion, é reduzida pela solvatação.
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