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Haletos de Alquilas 
Reações de 
Substituição Nucleofílica 
 
Aula 11 
QO-427 Prof. José Augusto 
2 
 Introdução 
A polaridade de uma ligação carbono-halogênio leva ao carbono ter uma 
carga parcial positiva 
 Em haletos de alquila esta polaridade torna o carbono ativado para reações de 
substituições com nucleófilos 
 
 
 
Ligações carbono-halogênio tornam-se menos polares, maiores e mais 
fracas indo do fluor para o iodo 
3 
 Reações de Substituição Nucleofílica 
Nesta reação um nucleófilo é uma espécie com um par não-compartilhado 
de elétrons que reage com um carbono deficiente em elétrons 
Um grupo abandonador é substituido pelo nucleófilo 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplos de reações nucleofílicas 
 
4 
 Nucleófilo 
O nucleófilo reage no carbono deficiente de elétrons 
 
 
 
 
 
Um nucleófilo pode ser qualquer molécula com um par de 
elétrons não compatilhado; É uma base de Lewis. 
5 
 Grupo Abandonador 
Um grupo abandonador é um substituinte que pode deixar o 
carbono como uma entidade estável 
Ele pode abandonar como um ânion ou uma espécie neutra 
6 
 Cinética de uma Reação de Substituição 
Nucleofílica: Uma Reação SN2 
A velocidade (taxa) inicial da seguinte reação é medida 
 
 
A velocidade é diretamente proporcional às concentrações 
iniciais de ambos cloreto de metila e íon hidróxido 
 
 
 
 
 
A equação de velocidade reflete esta dependência 
 
 
 
Reação SN2: substituição, nucleofílica, 2a. ordem (bimolecular) 
7 
 Um Mecanismo para a Reação SN2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Um estado de transição é o estado de energia mais alto da reação 
 
 Ele é uma entidade instável (não pode ser isolada) com existência muito 
breve (10-12 s) 
No estado de transição desta reação ligações são parcialmente formadas 
e quebradas 
 Ambos clorometano e hidróxido estão envolvidos no estado de transição e 
isto explica porque a reação é de segunda ordem 
8 
 Teoria do Estado de Transição: Diagramas de Energia 
Livre 
Reação exotérmica: DGo negativo (produto favorecido) 
Reação endotérmica: DGo positivo (produto não favorecido) 
A reação do diclorometano com hidróxido é altamente exotérmica 
 
 
 
A constante de equilíbrio é muito grande 
9 
Um diagrama de energia de uma típica reação SN2 
 Uma barreira de energia é evidente, pois uma ligação está quebrando indo para o 
estado de transição (que é o topo da barreira de energia) 
 A diferença em energia entre o material de partida e o estado de transição é a 
energia livre de ativação (DG‡ ) 
 A diferença em energia entre moléculas iniciais e produtos é a troca de energia 
da reação, DGo 
10 
Em uma reação altamente endotérmica tem barreira de energia 
bem elevada (DG‡ é muito grande) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
Existe um relacionamento direto entre DG‡ e a temperatura da 
reação 
 Maior a temperatura, mais rápida é a velocidade 
 
 
 
 Próximo da temperatura ambiente, um aumento de 10oC dobra a 
velocidade 
 Maior temperatura provoca maior colisão entre as moléculas com 
energia suficiente para atingir o estado de transição e reagir 
 
12 
O diagrama de energia para a reação de diclorometano com 
hidróxido : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Uma reação com DG‡ acima de 100 kJ mol-1 vai requerer aquecimento 
para prosseguir com velocidade razoável 
 Esta reação tem DG‡ = 103 kJ mol-1 de modo que vai requerer 
aquecimento 
13 
 A Estereoquímica de Reações SN2 
Ataque do nucleófilo pela retaguarda resulta na inversão da configuração 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em sistemas cíclicos um composto cis pode reagir e tornar-se produto 
trans 
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 A Reação do Cloreto de terc-Butila com Íon Hidróxido: 
Uma Reação SN1 
 
Cloreto de terc-Butila sofre substituição por íon hidróxido 
A velocidade é independente da concentração do hidróxido e depende 
apenas da concentração do cloreto de terc-butla 
 
 
 
 
 
 
Reação SN1 : Substituição nucleofílica de 1a ordem (unimolecular) 
 A velocidade depende apenas da concentração do haleto de alquila 
 Apenas o haleto de alquila (e não o nucleófilo) está envolvido no 
estado de transição na etapa que controla a velocidade (etapa 
determinante da velocidade de reação, a etapa mais lenta) 
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 Reações de Múltiplas-etapas e Etapa Determinante da 
Velocidade 
Nas reações de múltiplas-etapas, a velocidade da etapa mais lenta será a 
velocidade de toda a reação 
Esta é chamada velocidade da etapa determinante 
No caso abaixo k1<< k2 or k3, e a primeira etapa é a etapa determinante da 
velocidade 
16 
 Um Mecanismo para Reação SN1 (próximo slide) 
 
A etapa 1 é determinante de velocidade (etapa lenta) 
pois ela requer a formação de produtos iônicos 
instáveis 
 
Na etapa 1 a água (é polar, elevada constante 
dielétrica) ajuda estabilizar os produtos iônicos 
17 
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 Carbocátions 
Um carbocátion tem apenas 6 elétrons, é hibridizado sp2 e tem um orbital 
p vazio 
 
 
 
 
 
 
Quanto mais altamente substituido um carbocátion, mais estável é 
 Quanto mais estável um carbocátion, mais fácil ele se forma 
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Hiperconjugação estabiliza o carbocátion pela doação de elétrons de uma 
ligação s adjacente a uma ligação carbono-hidrogêmio ou carbono-
carbono para um orbital vazio p 
 Maior substituição fornece maior oportunidade para hiperconjugação 
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 A Estereoquímica de Reações SN1 
Quando o grupo abandonador deixa um centro esterogênico de 
um composto oticamente ativo em uma reação SN1, ocorrerá 
racemização (perda de atividade ótica) 
 
 Isto acontece porque é formado um intermediário aquiral, sp2 
que é planar (ou trigonal), ângulo de ligação de 120o 
 
Racemização: transformação de um composto oticamente ativo 
para uma mistura racêmica (sem atividade ótica) 
21 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
 Solvólise 
Um molécula do solvente é o nucleófilo na reação de substituição 
 
 Se o solvente for água a reação é de hidrólise 
 
23 
 Fatores que Afetam a Velocidade de Reações SN1 e SN2 
 Os Efeitos da Estrutura do Substrato 
 Reações SN2 
Nas reações SN2 haletos de alquilas mostram a seguinte ordem geral de 
reatividade 
 
 
Impedimento estérico: o arranjo espacial de átomos ou grupos no local ou 
proximidades do sítio reagente impede ou retarda a reação 
 Nos haletos terciários e neopentílicos, o carbono reagente é muito 
impedido estericamente para reagir 
 
24 
 Reações SN1 
Geralmente haletos terciários sofrem reações SN1 devido poderem formar 
carbocátions estabilizados 
 O Postulado Hammond-Leffler 
O estado de transição para uma reação exergônica (exotérmica) se 
assemelha muito ao material de partida 
O estado de transição para uma reação endergônica (endotérmica) se 
assemelha muito aos produtos 
Geralmente o estado de transição se assemelha mais das espécies 
próximas a ele em energia 
 
25 
Na primeira etapa da reação SN1 o estado de transição se parece muito 
com carbocátion 
O estado de transição parecido com carbocátion é estabilizado pelos 
mesmos fatores que estabilizam carbocátions 
O estado de transição levando a carbocátions terciários é muito mais 
estável e menor em energia do que estados de transição que levam a 
outros carbocátions 
26 
 Os Efeitos de Concentração e Poder do Nucleófilo 
 Reação SN1 
Velocidade não dependeda identidade e concentração do nucleófilo 
 Reação SN2 
Velocidade é diretamente proporcional à concentração do nucleófilo 
Nucleófilos fortes também reagem rápido 
 Um nucleófilo carregado negativamente é sempre mais reativo do que seu 
ácido conjugado neutro 
 Quando comparando nucleófilos com o mesmo átomo nucleofílico: 
nucleofilicidades seguem a basicidade 
 
 
 
Metóxido é muito melhor nucleófilo do que metanol 
27 
 Efeitos de Solventes nas Reações SN2: Solventes Polar Prótico 
e Aprótico 
Solventes Polar Prótico 
 Solventes polares próticos possuem átomo de hidrogênio ligado a átomos 
fortemente eletronegativos 
 Eles solvatam nucleófilos e o tornam menos reativo 
 
 
 
 
 
 
 Átomo nucleofílicos grandes (volumosos) são menos solvatados e em 
decorrência mais reativos em solventes polar e prótico 
 
 
 
 Nucleófilos volumosos são também mais polarizáveis e podem doar mais 
densidade eletrônica 
 Nucleofilicade relativa em solventes polares: 
28 
Solventes Polares Apróticos 
 Solventes polares apróticos não possuem um átomo de hidrogênio ligado ao 
átomo eletronegativo 
 
 
 
 
 
 Eles solvatam bem cátions mas deixam os ânions não-solvatados pois o centro 
positivo no solvente é estericamente impedido 
 
 
 
 
 
 
 
 Solventes polares apróticos levam a geração de nucleófilos “nus” e muito 
reativo 
 Tendências para a nucleofilicidade são as mesmas da basicidade 
 
 
 Eles são excelentes solventes para reações SN2 
 
29 
 Efeitos de Solventes em Reações SN1: A Habilidade 
Ionizante do Solvente 
 
Solventes polares próticos são excelentes solventes para reações 
SN1 
Solventes polares próticos estabilizam o estado de transição 
parecido com carbocátion que levam ao carbocátion e então 
diminuindo o DG‡ 
Mistura de água-etanol e água-metanol são as mais comuns 
30 
 A Natureza do Grupo Abandonador 
Os melhores grupos abandonadores são bases fracas 
 O grupo abandonador pode ser um ânion ou uma molécula neutra 
A habilidade de haletos como grupos abandonadores 
 
Esta tendência é oposta a da basicidade: 
 
 
Outras bases muito fracas que são bons grupos abandonadores 
 
 
 
 
O pobre grupo abandonador hidróxido pode ser trocado para um bom 
grupo abandonador como a água pela sua protonação 
31 
 Sumário SN1 vs. SN2 
 
Em ambos tipos de reações iodetos de alquilas reagem rápido 
devido a sua habilidade superior como grupo abandonador 
32 
 Síntese Orgânica: Transformações de Grupo 
Funcional Usando Reações SN2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estereoquímica pode ser controlada em reações SN2 
 
Inversão da 
configuração 
CN-, íon 
cianeto 
 
33 
 Reações de Eliminação de Haletos de Alquilas 
 Desidro-halogenação 
Usada para síntese de alquenos 
 Eliminação compete com reação de substituição 
 Bases fortes tais como alcóxidos favorecem eliminação 
 
 
 
 
 
 
34 
As bases alcóxidos são feitas a partir dos alcoóis 
correspondentes 
35 
 A Reação E2 
Reação E2 envolve a remoção concertada (sincronizada) de próton, 
formação de ligação dupla, e saída do grupo abandonador 
Ambos, haleto de alquila e concentração da base afetam a velocidade da 
reação e portanto, a reação é de 2a. ordem 
36 
 A Reação E1 
A reação E1 compete com a reação SN1 e da mesma maneira 
passa pelo intermediário carbocátion 
37 
 Substituição versus Eliminação 
 SN2 versus E2 
 
 
 
 
 
Substrato primário 
 Se a base for pequena, SN2 compete fortemente pois deve se aproximar de 
crbono fortmente impedido 
 
 
 
Substrato secundário 
 Aproximação ao carbono é estericamente impedido e a eliminação E2 é 
favorecida 
 
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Substrato terciário 
 Aproximação ao carbono é extremamente impedida e predomina a eliminação, especialmente 
em temperaturas elevadas 
 
 
 
 
 
 
Temperatura 
 Aumentando a temperatura favorece a eliminação sobre a substituição 
Tamanho da Base/Nucleófilo 
 Bases volumosas estericamente impedidas favorecem eliminação pois elas não 
podem se aproximar diretamente do carbono para reagir em uma substituição 
 Terc-butóxido de potássio é uma base extremamente volumosa e 
rotineiramente é empregada para favorecer reação E2 
39 
 Sumário Global