7 SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA BIMOLECULAR

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Universidade Federal do Pará 
Instituto de Ciências Exatas e Naturais 
Substituição nucleofílica bimolecular 
Profa. Ana Julia de Aquino Silveira 
 
6-Reação Substituição Nucleófila Bimolecular(SN2) 
A característica mais importante do mecanismo SN2 é que a reação se processa em 
uma única etapa, portanto sem formação de intermediário, e o nucleófilo participa do 
mecanismo fazendo o ataque no substrato pela retaguarda, isto é, pelo sentido contrário ao da 
ligação carbono–halogênio. É interessante perceber que o nucleófilo, que chamaremos ao 
longo do texto de Nu, se aproxima por um lado da molécula para se conectar com o carbono e 
o halogênio sai pelo outro lado, invertendo desta forma a configuração da molécula. O 
halogênio que abandona a molécula é chamado de grupo retirante. 
X
H
H
H
Nu nucleófilo ataca pela retaguarda
grupo despedido, ou retirante
V = K [Substrato] [Nucleófilo]
 
 
A seguir, você terá a oportunidade de verificar, o mecanismo para o bromometano, 
observe que este é o melhor substrato dentro da série de haloalcanos , pelo fato de apresentar 
um carbono que mostra como ligantes três hidrogênios e o bromo,como o hidrogênio 
apresenta um volume espacial pequeno dizemos que o substrato não apresenta impedimento 
espacial , este fato permitir uma maior velocidade de conexão do nucleófilo com o carbono 
portador do halogênio bromo. No momento em que o nucleófilo ataca pela retaguarda o 
carbono o halogênio bromo abandona o substrato na forma de ânion brometo. 
H
H
H
BrNu-
H
H
H
Nu
H
H
H
Br-
O nucleófilo deve ser uma base mais forte que o ânion brometo que será despedido
BrNu
d d
O estado de transição mostra a conexão do nucleófilo pela retaguarda segundo o
 eixo da ligação C-Br.
 
 
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H
H
H
Br
H H
HO-
H
H
H
+ Br-
A conexão do nucleófilo ocasiona inversão de configuração
H
BrHO
A base forte -OH deslocando a base fraca Br-
d d
HO
No estado de transição, a hidroxila estase conectando pela retaguarda segundo o
 eixo da ligação C-Br
Produto formado metanol 
A inversão de configuração é percebida quando o carbono portador de halogênio é 
quiral ou assimétrico. Observe que o fato da conexão do nucleófilo ser pela retaguarda 
favorece a inversão de configuração do centro quiral, já que a posição do nucleófilo passaa ser 
em sentido contrário ao grupo de partida ou despedido. 
1.6.1- Fatores que afetam a velocidade da reação 
a) substrato 
Observe que o ataque pela retaguarda efetuado pelo nucleófilo exige um substrato que 
permita a sua conexão de forma eficaz, para que isto ocorra, o carbono sp3 deve conter 
ligantes de pequeno tamanho como o hidrogênio. 
XXXX
H
H
H H
H H
CH3
CH3CH3
H3C
CH3
CH3
A- Halometano halogeneto de metila
D - 2-Halo-2-metil-propano halogeneto de t-butila
2-Halopropano halogeneto de isopropila
B- Haloetano halogeneto de etila
A
B C D
C -
 
 
 
Observe a forma espacial dos bromo alcanos abaixo. 
 
 I II III IV 
 
 
 
 
Substratos permitidos no processo de substituição bimolecular, I, II, III. O substrato IV é 
considerado substrato proibido para o processo de substituição bimolecular, perceba que este 
substrato possui três grupos metilas como ligantes do carbono portador de halogênio e isto 
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impede a conexão do nucleófilo pela retaguarda neste carbono. O estudo cinético da reação 
revela que quando um hidrogênio é substituído por um ligante alquila a velocidade da reação 
diminui. 
Desta forma o melhor substrato é o bromometano, pois o carbono portador de 
halogênio possui como ligante apenas hidrogênios, o que torna o substrato perfeito para 
receber a conexão do nucleófilo pela retaguarda. Este substrato é considerado o melhor 
dentro da série dos haloalcanos. 
Para os mecanismos a seguir, verifica-se uma maior velocidade relativa de reação para 
o substrato bromometano, cerca de 145, pois este permite uma maior rapidez de conexão do 
nucleófilo ânion metóxi pela retaguarda , pelo fato dos ligantes hidrogênios favorecerem uma 
maior área livre de conexão no sítio reacional. Quando um dos hidrogênios é substituído pelo 
radical metila a velocidade da reação decaí para 1, mostrando que a presença do radical metila 
diminui a velocidade de conexão do nucleófilo no cabono positivo parcial (carbono eletrofílico). 
Finalmente quando substituímos dois hidrogênios por dois radicais metilas a velocidade caí 
bruscamente para 0,078, mostrando a dificuldade de ocorrência para a reação. Este substrato 
apresenta as duas metilas como um volume bloqueador para a conexão do nucleófilo, 
decididamente o haloalcano secundário não é um bom substrato para reação de substituição 
bimolecular. 
 
Bromo-alcano Velocidade 
CH3-Br + -OCH3 CH3-O-CH3 + Br- 145 
CH3-CH2-Br + -OCH3 CH3-CH2-O-CH3 + Br
-
 
1 
CH3-CH-Br
CH3
-OCH3 CH3-CH-O-CH3 + Br
-+
CH3
 
 
0,0078 
 
Vamos agora apreciar cada mecanismo , analisando a energia do estado de transição. 
Veja que para o mecanismo do bromometano, onde a velocidade der reação é maior,temos 
uma menor energia de ativação para o estado de transição, pois os ligantes do carbono 
eletrofílico parcial, são hidrogênios e portanto não dificultam a interação do nucleófilo com o 
substrato no estado de transição. 
O outro extremo é o caso do 2-bromopropano, haloalcano secundário que possui na 
sua estrutura dois ligantes metilas dificultando a interação do nucleófilo com o substrato, 
tornando o estado de transição altamente energético pois os dois grupos metilas dificultam a 
formação do estado de transição. 
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H
H
H
Br
H
H
H
Br
H H
H
H
H
Br-
CH3O-
H
Br-
Br
d d
BrCH3OH
d d
CH3O
CH3O- CH3O CH3O
Estado de transição com menor energia de ativação
CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
CH4
Estado de transição com maior energia de ativação
Substrato com sítio reacional livre de impedimento espacial
Produto formado
com maior velocidade
Substrato com sítio reacional impedido espacialmente Produto formado 
com menor velocidade
 
b) Solvente. 
Os solventes polares apróticos, são solventes que em sua estrutura não mostram 
ligações químicas entre o hidrogênio e átomos eletronegativos como oxigênio e nitrogênio, os 
mais utilizados em processo de substituição bimoleculares são a N,N-dimetil-formamida e o 
dimetilsulfóxido, conhecidos como DMF e DMSO. 
Estes tipos de solventes não favorecem a formação de ligação hidrogênio com 
nucleófilo desta forma permitem uma maior mobilidade iônica para o nucleófilo. Solventes 
polares próticos dificultam a reação SN2 pelo fato de formarem ligações hidrogênio com 
nucleófilo, diminuindo a mobilidade iônica do nucleófilo e portanto desativando o mesmo. 
 
N
CH3
CH3
C
O
H
N,N-Dimetilformamida
DMF
S
O
CH3 CH3
Dimetil sulfóxido
DMSO
N
CH3
CH3
C
O
CH3
Dimetilacetamida
DMA
 
A teoria do solvente informa como o solvente afeta a velocidade da reação. Essa 
teoria diz que: se a polaridade do solvente aumentar, diminuirá a velocidade de reação se um 
ou mais reagentes na etapa lenta da velocidade forem carregados e aumentará a velocidade 
de reação se nenhuma das espécies envolvidas nesta etapa for carregada. Como a reação SN2 
ocorre em uma única etapa e envolve espécies carregadas, nucleófilo e grupo departida,terá 
sua velocidade diminuída na presença de solvente polar. Desta forma o ideal para este tipo de 
reação seria um solvente apolar, porém este tipo de solvente não dissolve o nucleófilo que é 
polar , então resolve-se o problema com a utilização de um solvente polar aprótico. 
 
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D) Grupo retirante 
O esquema a seguir mostra a influência do grupo retirante na velocidade da reação. A 
base mais fraca tem maior habilidade de saída do substrato. O nucleófilo que entra no 
substrato deve ser uma base forte com poder de deslocar a base fraca (grupo retirante). 
 CH3I + -OH HOCH3 + I
- Velocidade 3000 
 CH3Br + -OH HOCH3 + Br- Velocidade 2000 
 CH3Cl + -OH HOCH3 + Cl- Velocidade 2000 
 CH3F + -OH HOCH3 + F- Velocidade 1 
d) Nucleófilo 
É o reagente utilizado em reação SN2 que efetua o ataque pela retaguarda no carbono 
do substrato dotado de carga paracial positiva, este nucleófio precisa ser uma base forte para 
poder realizar a deslocalização da base fraca que abandona o substrato (grupo retirante). 
 
A nucleofilicidade vem ser a medida da rapidez com que o nucleófilo ataca o centro de 
menor densidade eletrônica (centro com carga positiva parcial). Assim a nucleofilicidade é 
Br
maior densidade eletrônica
carga parcial negativa
C
H
H H
 menor densidade eletrônica
carga parcial positiva
aqui o nucleófilo ataca pela retaguarda
 . Será despedido do substrato na ocasião 
.
Nu
-
do ataque do nucleófilo
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medida por uma constante de velocidade. As bases fortes são os melhores nucleófilos pois 
proporcionam uma maior atração do nucleófilo pelo centro de carga positiva parcial. 
Para favorecer a reação SN2 é necessário a utilização de um solvente polar aprótico , um bom 
núcleófilo (base forte, CH3O->OH- > ØO- > CH3OO- > H2O) e um bom grupo retirante(I> Br> 
Cl>F). 
1.6.2- Nucleofilicidade e basicidade. 
 
Basicidade: facilidade de doação do par de elétrons em uma reação ácido base 
 
H X
B
H B X
Base doa par de elétrons
Ácido recebe par de elétrons
 
 
 
Nucleofilicidade: rapidez com que o nucleófilo ataca um centro positivo parcial ou catiônico. 
 
CH3
CH3
NU
C
H
H
H X
NU
 
 
Na reação em fase gasosa nuleofilicidade e basicidade possuem relação direta, a base 
forte é o melhor nucleófilo enquanto que a base fraca é o pior nucleófilo. 
 
 Base forte Base fraca 
 
 
 
 
 
 
 
1.6.3 -Utilização de reações SN2 em síntese 
 
a)Preparação de éteres- Síntese de Williamson. 
 
 
 
 
b) Preparação de ésteres. 
HO- > H2O
CH3O- > CH3OH
-NH2 > NH3
CH3CH2NH- > CH2CH2NH2
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C) Preparação de aminas. 
 
1.6.4- Estereoquímica para reação SN2. 
Mecanismo o1 
C
CH3
H
Br
C6H13
HO- C
CH3
H
C6H13
HO Br-
(R)-(-)-2-Bromoctano (S)-(+)-2-Octanol 
Mecanismo 02 
C
CH3CH2
Br
HO
H
Configuração S
C
CH2-CH3
Br
H3CH
d d C
CH3
CH2-CH3
H
+ Br
Configuração
invertida R
CH3
HO-
HO
 
Mecanismo 03 
CH3 Cl
Cis-1-Cloro-4-metilcicloexano
OH OH
ClCH3 CH3
OH
Estado de transição Trans-4-Metilcicloexanol
Cl-
 
Neste composto cíclico, o cloro que será o grupo despedido do substrato, se encontra 
voltado para baixo.Esta disposição espacial, permite ao nucleófilo hidroxila, efetuar sua 
conexão pelo sentido contrário a ligação carbono-cloro, favorecendo um produto com 
C
O
O
CH3
-
Na + C
H
H H
I
HH
H
C
CH3
O
O
C + NaI
C
H
CH3 H
ClNaNH2
- H2N C
H CH3
H
+ NaCl
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disposição espacial trans. O produto formado pode ser colocado na conformação cadeira na 
forma trans-diaxial e trans-diequatorial. 
A forma trans-diaxial mostra a tensão estérica entre o hidrogênio e a metila localizados 
na parte inferior da molécula e uma tensão estérica entre o hidrogênio e a hidroxila pela parte 
superior da molécula. A tensão estérica entre o hidrogênio e a metila tem um valor de 3,8 KJ / 
mol,com cada hidrogênio localizado na parte inferior da molécula, o que fornece um valor de 
2x3,8 KJ / mol= 7,6 KJ / mol de energia ocasionada pela metila axial. Já a tensão estérica entre 
o hidrogênio e a hidroxíla tem um valor de 2,1 KJ / mol,com cada hidrogênio localizado na 
parte superior da molécula, o que fornece um valor de 2x 2,1 KJ / mol= 4,2 KJ / mol de energia 
ocasionada pela hidroxila axial. Confira observando as estruturas a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como o nucleófilo ataca pela retaguarda, não deve possuir um grande volume, 
Quanto menor o volume do nucleófilo maior será a velocidade da reação. Um nucleófilo com 
grande volume terá dificuldade de efetuar a conexão na retaguarda do substrato. 
A seguir verifique o volume de alguns ânions alcóxidos utilizados como nucleófilo. 
Os ânions alcóxidos aumentam de volume conforme o aumento do número de carbonos.Os 
alcóxidos terciários irão reagir mais lentamente por apresentarem maior volume. 
 
CH3
OH
H
H
OH
H
H3C
H
H
OH
CH3
H
OH
H3C
H
H
Trans - Diaxial
Trans - Diequatorial
menor energia
Cis - Axial/ equatorial Cis- Equatorial / axial
H
H
H
H
H
H
H
H
Interação 1,3-diaxial metila/hidrogênio 3,8 KJ/mol
Interação 1,3-diaxial hidroxila / hidrogênio 2,1 KJ/mol
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Ânion t-butóxi
ataca mais lentamente
o substrato pela retaguarda
Ânion isopropóxi
Ânion etóxi
Ânion metóxi ataca com maior
velocidade o substrato por possuir
menor volume 
Um substrato como o brometo de etila favorece uma melhor velocidade de reação, quando o 
nucleófilo é o metóxido de sódio, perceba que o mesmo substrato ao reagir com o nucleófilo 
terciário t-butóxido, mais volumoso favorece uma menor velocidade de reação.O t-
butóxico apesar de ser uma base mais forte, favorece uma menor velocidade de reação por ser 
volumoso, ocasionando uma difícil conexão com o carbono halogenado. 
CH3H
H
Br OCH3 CH3O Br
d d
CH3H
H
CH3O
H
CH3
H
Nucleófilo de menor volumeefetua ataca com maior velocidade
Estado de transição de menor energia
CH3H
H
Br OC(CH3)3 (CH3)3CO Br
d d
CH3H
H
(CH3)3CO
H CH3
H
Nucleófilo de maior volume efetua ataque com menor velocidade
Estado de transição de maior energia
Metóxi
 
 
 
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