Aula-Haletos de Alquila-PDF

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HALETOS DE ALQUILA 
•Introdução e Propriedades físicas dos haletos orgânicos 
•Reações de substituição nucleofílica; Nucleófilos 
•Os grupos retiradores de elétrons 
•Termodinâmica e cinética das reações químicas 
•Cinética de reação de substituição nucleofílica: reação SN2 
•Mecanismos e estereoquímica para a reação SN2 
•Teoria do estado de transição: diagramas de energia livre 
•A reação do cloreto de ter-butila com o íon hidróxido: uma reação SN1 
•Mecanismo e estereoquímica para a reação SN1: Carbocátions 
•Fatores que afetam as velocidades das reações SN1 e SN2 
•Reações de eliminação dos haletos de alquila: mecanismos E1 e E2 
•Substituição versus Eliminação 
Paula Bruice cap. 10 e 11 
Paula Bruice 2010 
Reações de SUBSTITUIÇÃO e ELIMINAÇÃO 
HALETOS DE ALQUILA 
HALETOS DE ALQUILA 
Fluoreto de alquila cloreto de alquila brometo de alquila iodeto de alquila 
R – F R – Cl R – Br R – I 
Como reagem os HALETOS DE ALQUILA 
Produto de 
substituição 
Mecanismo de reação Sn2 
Velocidade a [haleto de alquila].[nucleófilo] 
Velocidade = k.[haleto de alquila].[nucleófilo] 
mecanismo 
Velocidades relativas de reacoes Sn2 de haletos de alquila 
O ataque pela frente resultaria 
em interações ligantes e não 
ligantes que se cancelariam. 
O ataque por trás resulta em interação ligante entre os orbitais 
HOMO (o orbital ligante preenchido) e o LUMO (o orbital vazio 
antiligante s*) da ligacao C-Br. 
aproximação de HO- a um haleto de metila, um haleto de alquila primário, um haleto de 
alquila secundário e a um haleto de alquila terciário. 
O aumento do volume dos 
subtituintes ligados ao carbono que 
sofre o ataque nucleofílico diminui o 
acesso a parte de trás do carbono 
 diminui a velocidade de uma 
reação Sn2. 
Reatividades relativas de haletos de alquila em reações Sn2 
Haleto de metila > haleto de alquila 1º. > Haleto de alquila 2º. > Haleto de alquila 3º. 
Mais 
reativo 
Menos 
reativo 
Diagramas de 
coordenadas de reação 
a. MeBr + -OH 
b. R2CHBr + 
-OH 
Reação Sn2 entre íon hidróxido e brometo de metila 
INVERSÃO DE WALDEN: 
a configuração do produto é 
INVERTIDA à do reagente 
Fatores que afetam a reação Sn2 
1. Grupo abandonador: 
1. Grupo abandonador 
2. Nucleófilo 
R I > RBr > RCl > RF 
Menos 
reativo 
Base mais forte, 
menos estável 
Basicidades relativas dos íons haletos 
Habilidades relativas de saída dos íons haletos 
Pior grupo 
de saída 
Reatividade relativa de haletos de alquila em reação Sn2 
Base mais fraca, 
mais estável 
Melhor grupo 
de saída 
Mais reativo 
Força ácida relativa 
2. Nucleófilo Fatores que afetam a reação Sn2 
Ácido mais fraco 
Base mais forte 
Melhor nucleófilo 
Força básica relativa e nucleofilia relativa 
O íon IODETO é maior e mais polarizável que o íon fluoreto 
Os elétrons fracamente presos do íon 
iodeto podem se sobrepor a distância maior 
com o orbital do carbono que sofre o ataque 
nucleofílico. 
 Os elétrons firmemente atraídos do íon 
fluoreto não podem iniciar a sobreposição 
até que os átomos esteja bem próximos 
Um solvente prótico contém HIDROGÊNIO 
ligado a oxigênio ou nitrogênio. 
É um doador de ligação hidrogênio 
Efeito do SOLVENTE na nucleofilia 
Nucleofilia relativa frente ao CH3I em MeOH 
A nucleofilia de Y- é reforçada 
em solvente aprótico!! 
a nucleofilia é afetada por efeitos ESTÉRICOS 
A reversibilidade de reações Sn2 
Uma reação Sn2 acontece na direção que permite que a 
BASE MAIS FORTE desloque a base fraca 
Uma reação Sn2 é reversível quando 
as basicidades dos grupos 
abandonadores são similares 
Base conjugada 
(Grupo de saída) 
ACIDEZ dos ácidos conjugados de 
alguns grupos de saída 
Se um equilíbrio é deslocado, o sistema vai se 
ajustar para compensar a alteração sofrida. 
Princípio de Le Chatelier 
Mecanismo da reação Sn1 
Velocidades relativas de reações Sn1 para diversos brometos de alquila 
(solvente é água, nucleófilo é H2O) 
Velocidade = k. [haleto de alquila] 
Mecanismo da reação Sn1 
Reatividades relativas de haletos de alquila em reações Sn1 
Haleto de alquila 3º. > haleto de alquila 2º. > Haleto de alquila 1º. 
Mais 
reativo 
Menos 
reativo 
Cisão HETEROLÍTICA 
da ligacao C—Br 
Ataque nucleofílico ao CC 
Se o grupo abandonador em uma 
reação Sn1 estiver ligado a um 
carbono assimétrico, o produto será 
um par de enantiômeros 
Estereoquímica da reação Sn1 
Configuração INVERTIDA 
relativa à do haleto de 
alquila 
MESMA configuração 
do haleto de alquila 
Fatores que afetam a reação Sn1 
1. Grupo abandonador: 
1. Grupo abandonador 
2. Estabilidade do CC formado 
R I > RBr > RCl > RF 
Reatividade relativa de haletos de alquila em reação Sn2 
 o Nucleófilo não participa da etapa lenta da reação  não afeta a reação Sn1 
2. CARBOCÁTION: rearranjos 
Mais 
reativo 
Menos 
reativo 
2. CARBOCÁTION: rearranjos 
Estereoquímica das Reações Sn1 e Sn2 
Configuração INVERTIDA 
em relação ao reagente 
produto com 
configuração 
INVERTIDA 
produto com 
RETENÇÃO de 
configuração 
Br- já se afastou, entao a H2O 
tem acesso igual aos dois lados 
do CC 
Br- ainda não se afastou, entao ele 
bloqueia o acesso da H2O por um 
dos lados do CC 
Estereoquímica das Reações Sn1 e Sn2 
Haletos benzílicos, haletos alílicos, haletos vinílicos e haletos arílicos 
CC alílico não simétrico 
 mais de 1 produto 
haletos vinílicos e haletos arílicos 
Não reagem via Sn2  o Nu- é repelido 
pela nuvem p da ligação dupla ou do anel 
aromático 
Não reagem via Sn1 
 a ligaçao com C sp2 é mais forte; 
C sp é mais eletronegativo que C sp2  
não suporta a carga + 
Competição (‘comparação’) entre reações Sn1 e Sn2 
Sn1 
mecanismo em 2 etapas com CC 
intermediário 
etapa lenta é unimolecular 
Rearranjo de CC 
produtos com retenção e com inversão 
de configuraçao 
Ordem de reatividade: 3º. > 2º. > 1º. > 
metila 
Sn2 
Mecanismo em 1 etapa 
 
Etapa lenta é bimolecular 
Sem rearranjo de CC 
Produto com configuracao invertida 
 
Ordem de reatividade: metila> 1º. > 2º. 
>3º. 
Resumo da reatividade de haletos de alquila em reações de Sn 
Haletos 1º. e de metila só Sn2 
Haletos de vinila e de arila nem Sn1 nem Sn2 
Haletos de alquila 2º. Sn1 e Sn2 
Haletos de benzila 1º e 2º. e haletos de alila 1º. e 2º. Sn1 e Sn2 
Haletos de alquila 3º. Só Sn1 
Haletos de benzila 3º. e de alila 3º. Só Sn1 
Competição entre reações Sn1 e Sn2 
•Uma reação Sn2 é favorecida por alta concentração de um bom Nu- 
•Uma reação Sn1 é favorecida por concentração baixa de nucleófilo ou por Nu- fraco 
Sn2: velocidade = k2.[haleto de alquila].[nucleófilo] 
Sn1: velocidade = k1.[haleto de alquila] 
 
Se o haleto de alquila pode reagir por Sn2 ou Sn1  
Velocidade = k2.[haleto de alquila].[nucleófilo] + k1.[haleto de alquila] 
 
Contribuição 
pela reação Sn2 
Contribuição 
pela reação Sn1 
O papel do solvente em reações Sn1 e Sn2 
Efeito do solvente na velocidade da reação 
•Coordenadas de reação em que a 
carga dos reagentes é maior que a 
carga no ET 
•Coordenadas de reação em que a 
carga no ET é maior que a carga dos 
reagentes 
O aumento na polaridade do solvente  diminui a velocidade da reação 
se o reagente da etapa lenta é carregado 
 
O aumento na polaridade do solvente  aumenta a velocidade da 
reação se nenhum dos reagentes da etapa lenta é carregado 
O efeito do solvente na velocidade de uma reação Sn1 
O efeito do solventena velocidade de uma reação Sn2 
A reação Sn2 de uma haleto de alquila é favorecida 
por alta concentração de um bom Nu- em solvente 
polar aprótico 
 
A reação Sn1 de um haleto de alquila é favorecida 
por baixa concentração de nucleófilo fraco em 
solvente polar prótico 
Efeito da polaridade do solvente na velocidade da 
reaçao de brometo de t-butila via Sn1 
Reagentes de metilação biológica: SAM 
Reagentes de metilação biológica: SAM 
Reações de ELIMINAÇÃO 
Competição entre SUBSTITUIÇÃO e ELIMINAÇÃO 
O produto de uma reação de 
eliminação é um alceno 
REAÇÃO E2, reação de eliminação b, reação de eliminação 1,2 
Mecanismo: 
DESIDROHALOGENAÇÃO 
Bases mais fracas são melhores 
GRUPOS DE SAÍDA! 
A regiosseletividade na REAÇÃO E2: regra de ZAITSEV 
Diagrama de coordenadas de reação 
para a reação E2 do 2-bromobutano e 
íon metóxido 
O produto principal da reação E2 é o 
ALCENO MAIS ESTÁVEL 
O ET já tem caráter de 
‘alceno’ 
Exceção: 
Efeito das propriedades 
ESTÉRICAS da BASE na 
distribuicao dos produtos na 
reação E2 
Carbânion 3º. < 2º. < 1º. !!! 
REAÇÃO E1 
Velocidade = k.[haleto de alquila] 
O haleto de alquila 
se dissocia, 
formando um CC 
A base remove um 
próton do carbono b 
A carga + 
retiradora de 
elétrons diminui 
seu pKa 
Quando 2 produtos de ELIMINAÇÃO 
podem ser formados numa reação E1, o 
principal é geralmente o alceno MAIS 
substituído 
Coordenadas de reação para reação E1 do 2-cloro-2-metilbutano. O 
produto principal é o alceno MAIS substituído pois sua maior estabilidade 
vem de seu ET ser também mais estável 
Bases mais fracas são 
melhores grupos de saída 
REARRANJOS 
Competição entre reações E1 e E2 
ESTEREOQUÍMICA das reações E1 e E2 
E2: reação concertada  as 
ligações dos grupos a serem 
eliminados (H e X) devem 
estar no mesmo plano 
Eliminação syn: remoção dos substituintes 
do mesmo lado da ligação C—C 
Eliminação anti: remoção dos substituintes 
de lados opostos da ligação C—C 
 Os orbitais sp3 dos 
carbonos ligados ao H e 
ao X estarão sobrepostos 
no alceno formado 
 os orbitais devem estar sobrepostos no ET e a 
sobreposição é otimizada se os orbitais forem paralelos 
(mesmo plano) 
 ELIMINAÇÃO E2 é anti (confôrmero 
alternado é mais estável!) 
ELIMINAÇÃO E2 é REGIOSSELETIVA e ESTEREOSSELETIVA 
Regra de ZAITSEV 
Quando há dois 
hidrogênios ligados ao 
carbono b, o produto 
principal da reação E2 é o 
alceno com os 
substituintes mais 
volumosos em lados 
opostos da ligação dupla 
Nuvens eletrônicas 
provocam tensão 
estérica! 
 ESTEREOSSELETIVIDADE 
Quando há somente um hidrogênio 
ligado ao carbono b, o produto 
principal da reação E2 depende da 
estrutura do alceno. 
Use modelos moleculares 
para visualizar a 
ESTEREOQUÍMICA! 
ELIMINAÇÃO E2 é ESTEREOSSELETIVA  
Rotação da ligação C2-C3: 
ESTEREOQUÍMICA das reações E1 
O produto principal de uma reação E1 é o 
alceno com os substituintes mais VOLUMOSOS 
em lados OPOSTOS da ligação dupla 
ELIMINAÇÃO E2 a partir de Substâncias CÍCLICAS 
Na reação E2 em cicloexanos, 
os grupos a serem eliminados 
devem estar em AXIAL 
ELIMINAÇÃO E1 a partir de Substâncias CÍCLICAS 
Formação de CC  
REARRANJO! 
Estereoquímica das reações de SUBSTITUIÇÃO e de ELIMINAÇÃO 
Mecanismo 
Sn1 
E1 
 
Sn2 
E2 
 
 
Produtos 
Estereoisômeros R e S são formados (inversão > retenção) 
Estereoisômeros E e Z são formados (+ estereoisômero com grupos 
volumosos em lados opostos da ligação dupla) 
Só o produto com inversão de configuração é formado. 
Estereoisômeros E e Z são formados (+ estereoisômero com grupos 
volumosos em lados opostos da ligação dupla), a não ser que o carbono 
b do reagente seja ligado a só um H  só um estereoisômero é 
formado, com configuração que depende da configuração do reagente. 
Efeito isotópico cinético 
Competição entre SUBSTITUIÇÃO E ELIMINAÇÃO 
Condições Sn2/E2 
Em uma reação Sn2: 1º. > 2º. > 3º. 
Em uma reação E2: 3º. > 2º. > 1º. 
Reatividades relativas de Haletos de Alquila 
Em uma reação Sn1: 3º. > 2º. > 1º. 
Em uma reação E1: 3º. > 2º. > 1º. 
RX 1º. 
RX 1º. estericamente impedido! 
Uma base volumosa favorece a ELIMINAÇÃO 
em detrimento da substituição 
O Nu- é estericamente 
impedido! 
Uma base fraca favorece a SUBSTITUIÇÃO 
em detrimento da eliminação Base FORTE RX 2º. 
Base fraca 
RX 3º. 
Condições Sn1/E1 
Produtos esperados em reações de SUBSTITUIÇÃO e ELIMINAÇÃO 
RX 1º. 
 
RX 2º. 
 
RX 3º. 
Principalmente SUBSTITUIÇÃO, a não ser que haja 
impedimento estérico no RX ou Nu-  eliminação é 
favorecida 
Produtos de Substituição e eliminação; com base 
forte e volumosa  > eliminação 
Só eliminação 
Não sofrem reações Sn1 ou E1 
 
Produtos de Substituição e eliminação 
 
Produtos de Substituição e eliminação 
Sn2 x E2 Sn1 x E1 
Reações de Substituição e Eliminação em SÍNTESE 
Problema 21. Que outros produtos orgânicos serao formados 
quando o haleto de alquila usado na síntese do éter butil 
propílico for: 
a. brometo de propila?; b. brometo de butila? 
Problema 22. Como podem ser preparados os éteres 
abaixo, usando um haleto de alquila e um álcool? 
Síntese de alcinos: 
Síntese de alcenos: O uso de uma base impedida 
estericamente (tBuO-) pode 
melhorar ainda mais a 
proporção do alceno! 
Reações E2 consecutivas 
Reação intermolecular x intramolecular 
Planejando uma síntese: 
Exemplo 1. Como preparar 
1,3-cicloexadieno a partir 
de cicloexano? 
Exemplo 2. Partindo de 
metilcicloexano, como preparar 
o trans-dihaleto vicinal abaixo? 
Exemplo 3. Como preparar etil-
metil-cetona a partir de brometo 
de n-butila? 
Planejando uma síntese: 
Exemplo 1. Como preparar o éter cíclico 
abaixo a partir do haleto indicado? 
Problema 28. Proponha uma síntese multi-etapas para mostrar como as 
substâncias abaixo podem ser preparadas a partir dos reagentes indicados. 
Referências Bibliográficas 
 
McMurry, J. – Química Orgânica, 8a. ed., Thomson Brooks Cole 
Publishing Company, 2007. 
Bruice, P. Y., Organic Chemistry, 5th. Ed., Pearson Prentice Hall, 
2009. 
Solomons, T. W. G. and Fryhle, C.- Organic Chemistry, 10th. Ed., 
John Wiley, 2009.