Substituição Nucleofílica em C saturado - parte I

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Ministrante: Profa. Dra. Sâmya D. L. de Freitas
Substituição Nucleofílica
em C saturado
Substituição Nucleofílica em 
carbono saturado
 Reação clássica: 
NuNu 

+ R X X 

R +
Nucleophile Alkyl halide
(substrate)
Product Halide ion
As reações de Substituição nucleofílica estão
entre as reações mais versáteis utilizadas em
Química Orgânica
Nucleófilo Haleto de alquila 
(substrato)
Produto Íon haleto
Substituição Nucleofílica num 
átomo de carbono saturado
 Exemplos:
HO 

CH3 Cl CH3 OH+ + Cl 

CH3O 

CH3CH2 Br CH3CH2 OCH3+ + Br 

I 

CH3CH2CH2 Cl CH3CH2CH2 I+ + Cl 

A investigação da cinética mostrou que existem
dois mecanismos:
(a) Vel = K [RHal] [Nu]
(b) Vel = K [RHal]
Cinética da Substituição Nucleofílica
• Os químicos classificam as reações em rápidas ou
lentas.
• A Vel. com que um Reag. se converte em Prod. é
denominada de velocidade da reação e pode ser
medida.
• As Velocidades são uma ferramenta útil no
estabelecimento dos mecanismos de reação.
• Quando se mede a relação entre Vel. e [Reag.] ,
estamos medindo a cinética da reação química.
Relação cinética X Mecanismo
 1) Hidrólise de haleto primário
o Etapa lenta: estado de transição
o Lei da velocidade: Vel = K [RHal] [Nu] (SN2)
Estado de transição 
Participam
substrato
nucleófilo
Mecanismo da Reação SN2
180o
Estado de transição
Estado de Transição: estado de alta energia da reação.
 Instável de existência breve (10-12 s);
 Ligações são parcialmente formadas e 
quebradas;
 Clorometano e hidróxido envolvidos
no estado de transição.
A reação é de segunda ordem e
bimolecular.
 O ataque do Nu- por trás (anti) ao grupo
abandonador resulta em uma inversão de
configuração
Mecanismo SN2
Inversão de configuração
Velocidade e DG# : SN2
Reação com DG‡ acima de 84 kJ mol-1 precisa de aquecimento 
para proceder em velocidade razoável;
DG‡ = 103 kJ mol-1 : aquecimento requerido.
Energia livre de 
ativação
Relação cinética x Mecanismo
 2) Hidrólise de haleto terciário
 Etapa lenta: formação do intermediário (participa apenas o
substrato). A velocidade independe do nucleófilo. O haleto
de alquila sofre ionização lenta na etapa determinante.
 Lei da velocidade: Vel = K [RHal] ( SN1) / unimolecular
Carbocátion (plano e mais estável): o ataque do nucleófilo pode ser de 
qualquer um dos lados.
Efeito do Solvente
 Solventes polares e próticos (H2O, MeOH,
EtOH, etc) favorecem muito uma reação que
se processa pelo mecanismo SN1.
 Me3CBr é 3x104 mais reativo para substituir Br
por OH em EtOH aquoso 50% que somente
em etanol.
 Água tem maior capacidade de solvatar íons
que etanol. (alta constante dielétrica e
ionizante)
Efeito do Solvente
 Para o mecanismo SN2, um aumento da polaridade
do solvente interfere na velocidade de modo
diferente.
 Solvente polar aprótico: aumenta a velocidade da
reação SN2, porque solvata os cátions, mas não os
ânions aumentando a energia do estado
fundamental dos nucleófilos, o que leva a uma
diminuição do valor de DG# e a um aumento da
velocidade.
Efeito do Solvente
C
O
H N
CH3
CH3
S
O
H3C CH3
CH3C
O
N
CH3
CH3
P
O
(H3C)2N N(CH3)2
N(CH3)2
N,N-Dimetilformamida 
Dimetilsulfóxido
Dimetilacetamida
(DMF) 
(DMSO) 
(DMA) (HMPA) 
Hexametilfosforamida
Solventes polares e apróticos:
Efeito do Solvente – SN2
. Solventes: Os solventes próticos solvatam o
nucleófilo, diminuindo a energia do estado
fundamental e, consequentemente, elevam o
valor de DG# , o que diminui a velocidade da
reação SN2.
. Ordem de reatividade relativa dos solventes
MeOH  H2O  DMSO-  DMF  MeCN  HMPA.
1 7 1300 2800 5.000 200.000
X
-
H OR
H
OR
HRO
H
OR
Ânion solvatado
(nucleofilicidade reduzida
devido ao aumento da estabilidade do 
estado fundamental)
MECANISMO SN2 X ESTRUTURA
Um substituinte volumoso no haleto de alquila reduz a
sua reatividade: impedimento estérico
O impedimento estérico aumenta quando o carbono ligado ao haleto
torna-se mais substituído impedindo o ataque pelo nucleófilo.
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.
MECANISMO SN2 X ESTRUTURA
Substrato: o impedimento estérico eleva a
energia do estado de transição, aumentando o
DG# e diminuindo a velocidade da reação.
Como resultado, as reações SN2 ocorrem com
maior frequência em substratos metílicos e
primários.
Estrutura do Substrato
MECANISMO SN1 X ESTRUTURA
MECANISMO SN1 X ESTRUTURA
Efeito da estrutura
Reação SN1 
Cloreto de t-butila com íon OH- :
A Velocidade independe [OH-]
A Velocidade depende [(CH3)CCl]
A reação SN1 é de primeira ordem e unimolecular.
Mecanismo da Reação SN1
A primeira etapa determina a velocidade:
 Formação de um produto iônico instável;
 A H2O ajuda a estabilizar o produto iônico
Etapa 1:
Etapa 2:
Etapa 3:
Etapa 1: