4.SUBST NUCLEOFÍLICA NUM C SATURADO (2)

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Ministrante: Prof. Graça Citó
Substituição Nucleofílica 
Substituição Nucleofílica num átomo de carbono saturado 
Reação clássica: 
As reações de Substituição nucleofílica estão entre as reações mais versáteis utilizadas em Química Orgânica
Substituição Nucleofílica num átomo de carbono saturado
Exemplos:
Através da cinética: 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 Produto é denominada de velocidade da reação e pode ser medida.
As Velocidades, e como estas dependem da concentração dos reagentes, são uma ferramenta útil no estabelecimento dos mecanismos de reação.
Quando se mede a relação entre Vel. E a concentração dos reagentes, estamos medindo a cinética da reação química
Relação cinética X Mecanismo
1) Hidrólise de haleto primário
Etapa lenta: estado de transição 
Lei da velocidade: Vel = K [RHal] [Nu] (SN2) 
Estado de transição 
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 hidroxido envolvidos no estado de transição. 
A reação é de segunda ordem 
Ataque do Nu- por trás (anti) ao grupo abandonador
 resulta em uma inversão de configuração
Mecanismo SN2
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.
Mecanismo S N 1
Hidrólise de haleto terciário
Etapa lenta: formação do intermediário (participa apenas o substrato) 
Lei da velocidade: Vel = K [RHal] ( SN1) 
Carbocátion plano o ataque do nucleófilo pode ser de qualquer um dos lados.
Efeito do Solvente
Solventes polares e próticos 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.
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,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
 
N-metil-pirrolidinona
N,N-Dimethylformamide 
Dimethyl sulfoxide 
Dimethylacetamide 
(DMF) 
(DMSO) 
(DMA) 
(HMPA) 
Hexamethylphosphoramide 
Efeito do Solvente
. 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. 
.
Ordem de reatividade relativa dos solventes
 MeOH  H2O  DMSO-  DMF  MeCN  HMPA.
 1 7 1300 2800 5.000 200.000
Ânion solvatado
(nucleofilicidade reduzida
devido ao aumento da estabilidade do estado fundamental
Efeito da estrutura
CH3–Br
CH3CH2–Br 
(CH3) 2 CH–Br 
(CH3) 3CCH2–Br 
CH3) 3C–Br
Efeito da 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
Reação SN1 
Cloreto de t-butil a com íon OH-
A Velocidade independe [OH-]
A Velocidade depende [t-BuCl )
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
Efeito da estrutura (SN1)
Estabilidade do cátion: efeito indutivo 
Efeito de hiperconjugação
Quando há substituição de H por D, há uma diminuição da velocidade da reação em cerca de 10% - efeito isotópico secundário.
Efeito da estrutura
Ao longo da série de primário - terciário (dos haletos) SN2 diminui e SN1 aumenta, isto serve para justificar a mudança de mecanismo. 
Haletos favoráveis aos dois mecanismos: 
Haleto de benzila e alila.
Efeito da estrutura
Semelhante estabilização ocorre com os sistemas alílicos: 
Efeito da estrutura
Os nucleófilos mais fortes promovem o mecanismo SN2 (nos sistemas alílicos e benzílicos ). 
Haletos de vinila e arila são pouco reativos frente a nucleófilos
X = haleto
Efeito da estrutura (SN1\SN2)
Haletos com halogêneo em cabeça de ponte também são pouco reativos: 
Estereoquímica dos Mecanismos
Mecanismo SN2 
Inversão de configuração
Estereoquímica dos Mecanismos
Determinação da configuração relativa (SN2)
Estereoquímica dos Mecanismos
Mecanismo SN1 : racemização
Maior a estabilidade de carbocátion, maior a proporção de racemização. 
Estereoquímica dos Mecanismos
Mecanismo com inversão de configuração
Mecanismo com retenção de configuração em solvente nucleofílico
Estereoquímica dos Mecanismos
Nessa reação, ocorre a inversão de configuração duas vezes, sendo que na reação global, ocorre retenção de configuração.
Estereoquímica dos Mecanismos
Participação do grupo vizinho – retenção de configuração 
Efeito de grupos de entrada e saída 
- grupo que entra – nucleófilo
- grupo que sai – grupo abandonador
Grupo que entra
Não interfere em reação à SN1
Interfere no mecanismo SN2
 Maior a força do nucleófilo, maior a velocidade da reação SN2 
Nucleofilicidade e basicidade
Nucleofilicidade e basicidade
Nucleofilicidade é a doação do par de elétrons a carbono ou outros átomos que não H. 
Efeitos estéricos influenciam muito a nucleofilicidade.
Basicidade é a doação do par de elétron ao hidrogênio, pouco afetada por efeito estérico. 
Bases moles e duras
Duras:
Átomo doador muito eletronegativo
Baixa polarizabilidade
Difícil de oxidar: -OH, -OR, R3N
Moles:
Átomo doador baixa eletronegatividade
Elevada polarizabilidade
Fácil de oxidar: RS-, I-, SCN-
Nucleofilicidade e basicidade
Moleza promove nucleofilia
Quando a átomo central for o mesmo: o mais básico é também o mais nucleofílico.
A nucleofilia é muito ligada ao tamanho do átomo, dentro do mesmo grupo: I- > Br- > Cl-
I- atrai pouco os elétrons periféricos e é pouco solvatado. 
EtO- > PhO- > MeCO2- >NO3
Efeito de grupos de entrada e saída
Grupo de saída
Influencia reações SN1 e SN2 
			RI- > RBr- > RCl- > RF- 
Maior polarizabilidade, melhor grupo abandonador 
Quanto mais forte e dura for a base pior o grupo de saída, assim: -OH, -OR, -NH2 são dificilmente substituídos
Efeito de grupos de entrada e saída
Melhores grupos de saída são ânions de ácidos fortes: 
			p-MeC6H4SO3-	(tosilato)
			p-BrMeC6H4SO3- (brosilato) 
Ordem de reatividade relativa dos grupos de saída.
 OH -  NH2-  OR -  F-  Cl-  Br -  I-  TosO - .
 1 1 1 1 200 10000 30.000 60.000
Efeito de grupos de entrada e
 saída