IEQ-602 - Parte 13 - Reações de substituição de haletos de alquila.

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REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO DE
HALETOS DE ALQUILA – SN2
Prof. Dr. Joel Passo
REAÇÕES EM HALETOS DE ALQUILA
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REAÇÕES EM HALETOS DE ALQUILA
COMO REAGEM?
Os haletos de alquila podem reagir via reação de substituição por dois mecanismo:
1°
2°
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 O mecanismo pelo qual a reação de substituição 
ocorre é chamado de reação de substituição 
nucleofílica devido um nucleófilo substituir um 
halogênio.
 O mecanismo depende dos seguintes fatores:
 Estrutura do haleto de alquila;
 Reatividade do nucleófilo;
 Concentração do nucleófilo;
 Solvente da reação.
REAÇÕES EM HALETOS DE ALQUILA
COMO REAGEM?
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MECANISMO SN2
 Como um mecanismo é determinado?
 Cinética da reação
Velocidade a [haleto de alquila] [nucleófilo]
Velocidade = k [haleto de alquila] [nucleófilo]
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 SN2
 Substituição
 Nucleofílica
 2-Bimolecular
 O mecanismo foi proposto em 1937 por Edward 
Hughes e Christopher Ingold.
 A velocidade depende da concentração do RX e do Nu;
 RX mais substituído faz com a velocidade diminua;
 RX com carbono assimétrico leva a somente um 
estereoisômero de configuração invertida.
MECANISMO SN2
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MECANISMO SN2
Velocidades relativas das reações SN2 para vários haletos de alquila.
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MECANISMO SN2
Ataque do Nü (OH-) a haleto de metila.
Aumento do efeito estérico
Velocidades relativas dos haletos de alquila na reação SN2
Haleto de metila > haleto de alquila 1° > haleto de alquila 2° > haleto de alquila 3°
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MECANISMO SN2
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Haleto de alquila 1°
Com grande efeito estérico.
Brometo de neopentila
MECANISMO SN2
Ataque do Nucleófilo por trás
Explicação via teoria do orbital molecular
OM s ligante
OM s* antiligante
a) Ataque por trás:
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OM s ligante
OM s* antiligante
b) Ataque frontal:
MECANISMO SN2
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passoja-2014
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MECANISMO SN2
Inversão de configuração chamada de 
Inversão de Walden.
MECANISMO SN2
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SN2 é uma reação concertada, não tem intermediário.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
 Quais produtos podem ser formados via reação de SN2 
nas reações abaixo?
 a) 2-bromobutano e íon hidróxido;
 b) (R)-2-bromobutano e íon hidróxido;
 c) (S)-3-cloroexano e íon hidróxido;
 d) 3-iodopentano e íon hidróxido.
 Organize os seguintes brometos de alquila em ordem 
decrescente de reatividade com base na reação de SN2: 
1-bromo-2-metilbutano, 1-bromo-3-metilbutano, 2-
bromo-2-metilbutano e 1-bromopentano. 
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a) Exercício resolvido:
OH-
FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
GRUPO DE SAÍDA
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Velocidades relativas de reação
Quanto mais fraca a base, melhor será como grupo de saída.
Bases estáveis são bases fracas.
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
GRUPO DE SAÍDA
Reatividades relativas dos haletos de alquila na reação de SN2
Basicidades relativas dos íons haletos
Habilidade relativa de saída dos íons haletos
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passoja-2014
FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
O NUCLEÓFILO
Quando falamos sobre átomos ou moléculas que possuem par de elétrons
isolados, às vezes os chamamos de bases e às vezes de nucleófilos. Qual é a
diferença?
Basicidade é a medida de como um composto compartilha bem seu par de elétrons
isolados. Base mais fortes compartilham melhor seu elétrons.
A basicidade é medida por uma constante de equilíbrio (Ka) que indica a tendência
do ácido conjugado da base de perder um próton. 
Nucleofilicidade é a medida de quão rápido um composto está preparado para atacar
um átomo deficiente eletronicamente.
A Nucleofilicidade é medida pela constante de velocidade (k).
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
O NUCLEÓFILO
Moléculas com o mesmo átomo de ataque
Bases mais fortes são nucleófilos melhores.
Bases mais fortes Bases mais fracas
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
O NUCLEÓFILO
Moléculas com átomos de ataque com aproximadamente o mesmo tamanho 
Força relativa dos ácidos
Forças relativas das bases e nucleofilicidades relativas
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
O NUCLEÓFILO
Moléculas com átomos de ataque que são muito diferentes em tamanho
ET +estável
Átomo mais polarizável, melhor nucleófilo.
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
O NUCLEÓFILO
Aumentando
O tamanho
Aumenta a nucleofilicidade
em solvente prótico 
Aumentando
a basicidade
Aumenta
a nucleofilicidade
na fase gasosa
Solvente prótico contém
um hidrogênio ligado a um oxigênio
ou nitrogênio; ele é um doador 
de ligação hidrogênio.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
 1) Qual base é mais forte, RO- ou RS-?
 2) Qual das bases anteriores é um melhor 
nucleófilo em solução aquosa?
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
O EFEITO DO SOLVENTE NA NUCLEOFILICIDADE
Como um solvente prótico faz que uma base forte seja um nucleófilo fraco?
Aumento na nucleofilicidade
Nucleofilicidade relativa dos nucleófilos em metanol
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
O EFEITO DO SOLVENTE NA NUCLEOFILICIDADE
Solventes apróticos
DMSO pode solvatar um cátion
melhor do que um ânion.
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN2
NUCLEOFILICIDADE É AFETADA POR EFEITOS ESTÉRICOS
Íon etóxido
Íon terc-butóxidopka = 15,9
pka = 18Melhor 
nucleófilo
Base mais forte
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A REVERSIBILIDADE DA REAÇÃO SN2
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A REVERSIBILIDADE DA REAÇÃO SN2
Acidez dos ácido conjugados de alguns grupos de 
saída
Ácido pKa Base conjugada
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A REVERSIBILIDADE DA REAÇÃO SN2
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A REVERSIBILIDADE DA REAÇÃO SN2
Princípio de Le Châtelier
REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO DE HALETOS
DE ALQUILA – SN1
Brometo de terc-butila terc-butanol
Velocidade = k [haleto de alquila]
Reação de 1ª ordem
passoja-2014 30
REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO DE HALETOS
DE ALQUILA – SN1
 SN1
 Substituição
 Nucleofílica
 1-Unimolecular
 Evidências experimentais
 A velocidade da reação somente depende da 
concentração do RX.
passoja-2014 31
SN1
EVIDÊNCIAS EXPERIMENTAIS
Velocidades relativas da reação SN1 para vários brometos de 
alquila
(solvente: H2O, nucleófilo: H2O)
Brometo de 
alquila
Tipo de brometo de alquila Velocidade relativa
* Velocidade relativa via SN2, via SN1 = 0.
passoja-2014 32
SN1
EVIDÊNCIAS EXPERIMENTAIS
 A reação do haleto ligado a um carbono 
assimétrico forma dois estereoisômeros.
 Mecanismo SN1:
C-Br quebra 
heteroliticamente.
O nucleófilo 
ataca o 
carbocátion.
Álcool protonado
passoja-2014 33
MECANISMO SN1
Transferência 
do próton.
passoja-2014 34
MECANISMO SN1
Etapa 
determinant
e da reação
Intermediári
o: 
carbocátion
passoja-2014 35
MECANISMO SN1
EVIDÊNCIAS EXPERIMENTAIS
 1° Somente o haleto de alquila participa da etapa 
determinante;
 2°O mecanismo demonstra a formação de 
carbocátion
 Reatividade relativa de haletos de alquila na reação 
SN1
Mais 
reativo
Não reagem via SN1
passoja-2014 36
MECANISMO SN1
EVIDÊNCIAS EXPERIMENTAIS
passoja-2014 37
Mapa de potencial eletrostático para carbocátions:
MECANISMO SN1
EVIDÊNCIAS EXPERIMENTAIS
passoja-2014 38
 3° A racemização de haleto ligados a carbono 
assimétrico.
MECANISMO SN1
EVIDÊNCIAS EXPERIMENTAIS
Configuraçã
o invertida
Mesma 
configuração 
passoja-2014 39
 Se o grupo de saída estiver ligado a um carbono 
assimétrico na reação SN1 um par de 
enantiômeros serão formados.
MECANISMO SN1
EVIDÊNCIAS EXPERIMENTAIS
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN1
GRUPO DE SAÍDA
 Dois fatores afetam a SN1 quanto a saída do 
grupo:
 A facilidade que o grupo de saída se dissocia do 
carbono que está ligado;
 A estabilidade do carbocátion formado.
Mais 
reativo
Menos 
reativo
passoja-2014 41
 O nucleófilo entra em ação na SN1 depois da 
etapa determinante, portanto não tem influência 
na reação SN1.
 Na maioria das reações SN1 o solvente é o 
nucleófilo.
 Solvólise
 Ex: água como solvente e nucleófilo (hidrólise)
 Metanol como solvente e nucleófilo (metanólise)
FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN1
NUCLEÓFILO
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN1
REARRANJO DE CARBOCÁTIONS
Adição ao 
carbocátion 
não 
rearranjado
Adição ao 
carbocátion 
rearranjado
Deslocamento 
1,2-Hidrogênio 
Produto minoritário
Produto majoritário
passoja-2014 43
FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN1
REARRANJO DE CARBOCÁTIONS
Adição ao 
carbocátion 
não 
rearranjado
Adição ao 
carbocátion 
rearranjado
Deslocamento 
1,2- metila 
Produto minoritário Produto majoritário
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FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN1
REARRANJO DE CARBOCÁTIONS
Deslocamento
1,2-hidrogênio
2-bromo-3-
metilbutano
3-metil-2-butanol
2-metil-2-butanol
passoja-2014 45
FATORES QUE AFETAM AS REAÇÕES SN1
REARRANJO DE CARBOCÁTIONS
Deslocamento
1,2-metila
3-bromo-2,2-
dimetilbutano
3,3-dimetil-2-butanol 2,3-dimetil-2-butanol
passoja-2014 46
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1) Organize os haletos de alquila seguintes em 
ordem decrescente de reatividade na reação 
SN1: 
2-bromopentano, 2-cloropentano, 1-cloropentano, 3-
bromo-3-metilpentano. 
2) Quais dos seguintes haletos de alquila formam 
produto de substituição SN1 e que são diferentes 
do produto de substituição formado numa 
reação SN2?
passoja-2014 47
MAIS SOBRE ESTEREOQUÍMICA DAS
REAÇÕES SN2 E SN1
SN2 – Se o reagente não tem carbono assimétrico não formará estereoisômeros.
SN2 – Se o reagente tem carbono assimétrico formará um enantiômero
de configuração invertida.
2-bromopropano 2-propanol
2-bromobutano 2-butanol
passoja-2014 48
MAIS SOBRE ESTEREOQUÍMICA DAS
REAÇÕES SN2 E SN1
SN2 ocorre com inversão de configuração.
(S)-2-bromobutano (R)-2-butanol
passoja-2014 49
MAIS SOBRE ESTEREOQUÍMICA DAS
REAÇÕES SN2 E SN1
SN1 – Se o reagente tem carbono assimétrico formará uma mistura racêmica.
SN1 –Racemização total?Não.
Racemização parcial.50-70% com configuração invertida.
passoja-2014 50
MAIS SOBRE ESTEREOQUÍMICA DAS
REAÇÕES SN2 E SN1
passoja-2014 51
MAIS SOBRE ESTEREOQUÍMICA DAS
REAÇÕES SN2 E SN1
passoja-2014 52
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
 1) Determine os produtos obtidos das seguintes reações 
se:
 a) a reação ocorre sob condições que favorecem uma reação 
SN2;
 b) a reação ocorre sob condições que favorecem uma reação 
SN1;
 1. trans-1-bromo-4-metilcicloexano + metóxido de sódio / metanol
 2. cis-1-cloro-2-metilciclobutano + hidróxido de sódio / água
 2) Qual das seguintes reações será mais rápida se a 
concentração do nucleófilo for aumentada? Justifique.
passoja-2014 53
HALETOS BENZÍLICOS, ALÍLICOS,
VINÍLICOS E ARÍLICOS. 
passoja-2014 54
Haletos benzílicos e alílicos terciários não reagem via SN2.
passoja-2014 55
HALETOS BENZÍLICOS, ALÍLICOS,
VINÍLICOS E ARÍLICOS. 
passoja-2014 56
HALETOS BENZÍLICOS, ALÍLICOS,
VINÍLICOS E ARÍLICOS. 
passoja-2014 57
HALETOS BENZÍLICOS, ALÍLICOS,
VINÍLICOS E ARÍLICOS. 
Haletos vinílicos e arílicos não sofrem reações SN1 e SN2. 
EXERCÍCIO RESOLVIDO
 Qual haleto de alquila é mais reativo numa 
solvólise SN1. 
passoja-2014 58
+ reativo: três contribuintes de ressonância
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
 1) Qual haleto de alquila é mais reativo numa solvólise
SN1.
 2) Qual haleto de alquila é mais reativo numa reação 
SN2 com o nucleófilo dado? Assuma que os haletos de 
alquila possuem a mesma estabilidade.
 3) Para os pares acima, qual seria mais reativo via 
SN1?
passoja-2014 59
COMPETIÇÃO ENTRE SN2 E SN1
passoja-2014 60
Comparação das reações SN2 e SN1
SN2 SN1
Mecanismo: Uma etapa. Mecanismo: Várias etapas e forma 
carbocátion com intermediário.
Etapa determinante: bimolecular. Etapa determinante: Unimolecular.
Sem rearranjo de carbocátion. Rearranjos de carbocátions.
Produto tem configuração invertida 
em relação ao reagente.
Produto com configuração retida e 
invertida em relação ao reagente 
(racemato).
Ordem de reatividade:
Metila > 1° > 2° > 3°
Ordem de reatividade:
3° > 2° > 1° > metila
passoja-2014 61
COMPETIÇÃO ENTRE SN2 E SN1
Sumário da reatividade dos haletos de alquila 
nas substituições nucleofílicas
Metila e haletos de alquila 1°. Somente SN2.
Haletos vinílicos e arílicos. Não ocorre SN2 ou SN1.
Haletos de alquila 2°. SN1 e SN2.
Haletos benzílicos e alílicos: 1° e 2°. SN1 e SN2.
Haletos de alquila 3°. Somente SN1.
Haletos benzílicos e alílicos: 3°. Somente SN1.
SN2  V = K2 [haleto de alquila] [nucleófilo]
SN1  V = K1 [haleto de alquila]
SN2 + SN1 V = K2 [haleto de alquila] [nucleófilo] + K1 [haleto de alquila]
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
 De as configurações dos produtos obtidos das seguintes 
reações indicadas.
passoja-2014 62
Configuração invertida
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
 De as configurações dos produtos obtidos das seguintes 
reações indicadas.
passoja-2014 63
A INFLUÊNCIA DO SOLVENTE NAS REAÇÕES
SN2 E SN1 
passoja-2014 64
Interações íon-dipolo 
entre espécies de carga 
negativa e água
Interações íon-dipolo 
entre espécies de carga 
positiva e água
passoja-2014 65
A INFLUÊNCIA DO SOLVENTE NAS REAÇÕES SN2 E SN1 
CONSTANTE DIELÉTRICA
 Aumentando a polaridade do solvente diminuirá 
velocidade da reação se um ou mais reagentes na 
etapa determinante são carregados.
 Aumentando a polaridade do solvente aumentará 
velocidade da reação se nenhum dos reagentes na 
etapa determinante forem carregados.
passoja-2014 66
A INFLUÊNCIA DO SOLVENTE NAS REAÇÕES SN2 E
SN1 
EFEITO NA VELOCIDADE DA REAÇÃO
passoja-2014 67
A INFLUÊNCIA DO SOLVENTE NAS REAÇÕES SN2 E
SN1 
EFEITO NA VELOCIDADE DA REAÇÃO
Solvente
polar
Solvente
polar
Solvente
apolar
Solvente
apolar
Reagentes são altamente carregados
Reagentes são pouco carregados
Estado de transição pouco 
carregado Estado de transição altamente 
carregado
passoja-2014 68
A INFLUÊNCIA DO SOLVENTE NAS REAÇÕES SN2 E
SN1 
EFEITO NA VELOCIDADE DA REAÇÃO SN1
Reagente
Pequeno momento
dipolar
Estado de transição
Maior momento
dipolar
Produtos
A reação SN2 é favorecida pela alta 
concentração de um bom nucleófilo 
em solvente aprótico.
A reação SN1 é favorecida pela baixa 
concentração de um nucleófilo ruim 
em solvente prótico.
passoja-201469
A INFLUÊNCIA DO SOLVENTE NAS REAÇÕES SN2 E
SN1 
EFEITO NA VELOCIDADE DA REAÇÃO SN2
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
 O que ocorrerá com a velocidade das seguintes 
reações SN2 se a polaridade do solvente prótico 
polar for aumentada? 
passoja-2014 70
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
 Avalie cada par de reação e explique qual 
ocorrerá mais rápido. 
passoja-2014 71
REAGENTE DE METILAÇÃO BIOLÓGICA
passoja-2014 72
passoja-2014 73
REAGENTE DE METILAÇÃO BIOLÓGICA
passoja-2014 74
REAGENTE DE METILAÇÃO BIOLÓGICA
Liberam o fluxo sanguíneo em resposta de estresse
passoja-2014 75
REAGENTE DE METILAÇÃO BIOLÓGICA
Componente da membrana celular
SOLI DEO GLORIA
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ευχαριστίες για την ακρόαση