Cap 06 - Haletos de Alquila B (1)

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Capítulo 6	Haletos de alquila
Valdir Mano	Notas em Química Orgânica
6. Reações de Eliminação
É o segundo tipo de reação de haletos de alquila. Nas reações de eliminação são gerados alcenos.
Para que essas reações ocorram é necessária a presença de hidrogênio em carbono , ou seja, hidrogênio no carbono adjacente ao carbono ligado ao haleto. Esse tipo de hidrogênio é também conhecido por H . É necessário também que exista uma relação anticoplanar (antiperiplanar) entre o hidrogênio  e o halogênio, ou seja, eles devem estar o mais afastados possível. Em suma, essa reação é estereoespecífica e ocorre por eliminação trans.
Nas reações de eliminação, em vez de nucleófilos, precisamos de bases. Porém, como bases são nucleófilos em potencial, as reações de eliminação e de substituição competem entre si. Por exemplo:
Nota: em geral, altas temperaturas favorecem a eliminação em relação à substituição.
Assim como nas substituições, as eliminações podem ser de primeira (E1) e de segunda ordem (E2).
6.1. REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO DE SEGUNDA ORDEM - E2
Da mesma forma que as reações SN2, a eliminação E2 se passa por um mecanismo sincronizado, sendo que a equação de velocidade contém o haleto de alquila e a base.
O diagrama de energia para as reações E2 é semelhante ao das reações SN2.
As bases que participam dessa reação são também nucleófilos, por isso temos, em muitos casos, mistura de produtos de substituição SN2 e de eliminação E2
6.1.1. Reatividade em E2: para haletos de alquila simples, a reatividade E2 segue a ordem inversa da reatividade de SN2, ou seja:
haleto terciário > secundário >> primário.
Como exemplo, consideremos as reações a seguir.
Aumento de temperatura favorece E2, por isso, se a reação anterior é feita a 55°C temos:
As reações E2 também podem ser favorecidas usando-se base forte e solvente não muito polar.
6.2. REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO DE PRIMEIRA ORDEM - E1
Assim como as reações de substituição, as eliminações também podem se processar por dois mecanismos. Além da eliminação de segunda ordem, temos a de primeira ordem, chamada E1, em que a velocidade da reação depende apenas da concentração do haleto. 
vel. = k1 [haleto]
Como essa é a mesma cinética da reação SN1, teremos competição entre as reações de eliminação e substituição. Exemplo:
Veja que, da mesma maneira que SN1, a etapa lenta é a formação do carbocátion, o qual pode reagir como E1 ou SN1. Assim, as eliminações E1 mostram alguns dos efeitos de reatividade da SN1. Por exemplo, as reações E1 são favorecidas por substratos que formam carbocátions estáveis e pelo uso de solventes polares e bases fracas. Para aumentar a proporção de E1 em relação a SN1 deve-se aumentar a temperatura.
Regiosseletividade nas reações de eliminação (direção da eliminação)
Quando há mais de 1, poderemos ter diferentes alcenos. Nesses casos, o produto formado é usualmente o alceno mais substituído.
Esse comportamento foi expresso em 1875 pelo químico russo Alexander Zaytsev. Desse modo, quando uma reação de eliminação produz o alceno mais substituído, diz-se que ela se processa de acordo dom a orientação de Zaytsev (ou de acordo com a regra de Zaytsev).
Estereoquímica das reações E2: as reações E2 são geralmente estereoespecíficas (quando se forma preferencialmente um dos estereoisômeros). Esse comportamento é particularmente importante nos halogenetos de quatro carbonos. Devido ao fato de a configuração mais estável ser anti e não vici, a eliminação nesses casos leva preferencialmente ao alceno trans. Exemplo:
Exercício resolvido: 
Preveja os produtos de eliminação nas condições abaixo:
7 Sumário das Reações de Substituição e Eliminação
7.1. RESUMO DAS REAÇÕES SN2[footnoteRef:1] [1: Loudon, G.M. Organic Chemistry, Oxford, 4th ed., 2001.
Solomons, G., Fryhle, C. Química Orgânica, LTC, 7ª ed., 2001.
Bruice, P.Y. Química Orgânica, Pearson, 4ª ed., 2006.
] 
Apenas haletos de alquila primários e alguns secundários sofrem substituição nucleofílica por mecanismo SN2. As características principais desse mecanismo são resumidas abaixo.
1 Cinética da reação é de 2ª ordem: 1ª ordem em relação ao nucleófilo e 1ª ordem em relação ao haleto de alquila;
2 O mecanismo envolve “ataque por trás” do nucleófilo ao haleto de alquila e inversão da configuração estereoquímica;
3 A velocidade da reação decai com ramificação nos carbonos e β; haletos de alquila com três ramificações no carbono β não reagem por SN2;
4 Em geral, espécies com cargas negativas são bases mais fortes e melhores nucleófilos quando comparadas às mesmas espécies neutras. Assim, HO é nucleófilo mais reativo que H2O e NH2 é melhor que NH3;
5 Quando os átomos nucleofílicos são da mesma linha (período) da tabela periódica, as bases mais fortes são geralmente os nucleófilos mais reativos. Por exemplo, cianeto (CN) é base mais forte que metóxido (CH3O) que, por sua vez, é base mais forte que fluoreto (F); esta é também a ordem de nucleofilicidade;
6 Em uma série de nucleófilos, nos quais os átomos nucleofílicos vêm do mesmo grupo (coluna), mas de diferentes períodos da tabela periódica, a reatividade dos nucleófilos depende do solvente usado:
a) em solventes polares próticos (água, ácido fórmico, metanol, etanol etc.) as bases mais fracas são os melhores nucleófilos. Esses solventes podem formar ligações de hidrogênio e solvatam muito bem os nucleófilos, espécies com carga negativa. Nucleófilos pequenos (que são as bases mais fortes) têm a carga mais concentrada e são mais fortemente solvatados que os maiores. As ligações de hidrogênio são também mais fortes do que aquelas com um átomo grande. Em suma, o ânion grande está mais livre das moléculas do solvente e será mais nucleofílico. Além disso, átomos maiores são mais polarizáveis, ou seja, suas nuvens eletrônicas são mais facilmente deformáveis. Portanto, um átomo nucleofílico maior pode doar maior grau de densidade eletrônica ao substrato, sendo um nucleófilo mais reativo que átomo menor, cujos elétrons estão mais presos. Assim, sulfetos são melhores nucleófilos que óxidos (por exemplo, PhS > PhO) e para os haletos a ordem de nucleofilicidade é: I  >  Br  >  Cl  >  F;
b) em solventes polares apróticos (DMSO, acetonitrila, DMF, HMPA etc.) as bases mais fortes são os melhores nucleófilos. Solventes polares apróticos não podem formar ligações de hidrogênio, são suficientemente polares para dissolver compostos iônicos e solvatam cátions melhor do que ânions. Nesses solventes, os ânions estão mais livres e são muito mais reativos como bases e como o nucleófilos. Por isso, a ordem relativa da reatividade nucleofílica é a mesma da basicidade. Por exemplo, a nucleofilicidade dos haletos em DMSO é: F  >  Cl  >  Br  >  I;
7 O solvente tem papel significante na nucleofilicidade. Reações SN2 são geralmente mais rápidas em solventes polares apróticos, os quais têm alta constante dielétrica (que é uma medida da capacidade do solvente em isolar cargas opostas), mas que não têm hidrogênio capaz de formar ligação de hidrogênio. Solventes como DMSO, acetonitrila, DMF e HMPA, entre outros, dissolvem compostos iônicos e solvatam cátions muito bem, no entanto têm baixa capacidade de solvatar ânions, os quais estão mais livres para reagir como bases ou nucleófilos. Por exemplo, na reação SN2 entre fluoreto e iodeto de metila, a substituição do iodeto ocorre em 2,2 anos em metanol, porém ocorre em apenas 1,2 segundos quando o solvente é a DMF.
Do ponto de vista prático, no entanto, esses solventes são muito mais caros que os próticos (água, metanol e etanol são solventes de baixo custo) e apresentam altos pontos de ebulição, sendo de difícil remoção dos produtos da reação. Porém, para os haletos menos reativos, ou para reações SN2 com fluoreto como nucleófilo, solventes polares apróticos são em alguns casos a única alternativa prática;
8 As reações SN2 mais rápidas envolvem grupos de saída que dão origem às bases mais fracas, ou seja, a capacidade de saída é o inverso da basicidade. Portanto,
a reatividade dos haletos de alquila é: RI  >  RBr  >  RCl  >  RF.
7.2. RESUMO DAS REAÇÕES E2[footnoteRef:2] [2: Loudon, G.M. Organic Chemistry, Oxford, 4th ed., 2001. 
Solomons, G., Fryhle, C. Química Orgânica, LTC, 7ª ed., 2001. 
Bruice, P.Y. Química Orgânica, Pearson, 4ª ed., 2006.] 
Reação E2 é uma eliminaçãoβ em haletos de alquila que é promovida por bases fortes. Os pontos-chave dessas reações são sumariados abaixo.
1 Cinética da reação é de 2ª ordem: 1ª ordem em relação à base e 1ª ordem em relação ao haleto de alquila;
2 Estereoquímica: reações E2 ocorrem, normalmente, com estereoquímica anti (relação antiperiplanar ou anticoplanar) e não syn;
3 Regiosseletividade: quando um haleto de alquila tem mais de um tipo de Hβ, podem ser formados alquenos isoméricos. Nesses casos, o produto predominante é usualmente o alqueno mais estável, ou seja, aquele com maior número de grupos alquila ligados aos carbonos da ligação dupla (regra de Zaitsev). 
Na prática, quando se forma uma mistura de alquenos, significa que o rendimento para o alqueno isomérico desejado é diminuído. Como esses isômeros têm estruturas semelhantes, eles geralmente também têm pontos de ebulição similares e são de difícil separação. Consequentemente, o principal uso da eliminação E2 para a preparação de alquenos ocorre quando o haleto de alquila tem apenas um tipo de Hβ e somente um alqueno é possível;
4 A reação E2 é mais rápida com melhores grupos de saída, ou seja, aqueles que dão origem às bases mais fracas como produtos. Assim como para as reações SN2, a capacidade de saída é o inverso da basicidade, ou seja, bases mais fracas são os melhores grupos de saída e a reatividade dos haletos de alquila, para E2 e SN2, é: RI  >  RBr  >  RCl  >  RF;
5 Reações E2 competem com SN2; a eliminação é favorecida por:
a) estrutura do haleto de alquila: maior quantidade de grupos alquila nos carbonos e β do haleto de alquila favorece a eliminação. Em consequência, haletos terciários dão maior quantidade de eliminação que haleto secundário, o qual, por sua vez, dá mais eliminação que haleto primário. Não esquecer que haletos de alquila sem hidrogênio β não sofrem eliminação;
b) estrutura da base: comparando bases com forças similares, as mais ramificadas dão maior fração de eliminação, já que o impedimento estérico dificulta a substituição. As bases fortes favorecem a eliminação.
7.3. SN2 versus E2[footnoteRef:3] [3: Solomons, G., Fryhle, C. Química Orgânica, LTC, 7ª ed., 2001, pg. 227.
] 
1 Haleto primário e base forte (por exemplo, íon etóxido): SN2 é altamente favorecida, pois a base pode facilmente se aproximar do carbono (que contém o grupo retirante) e agir como nucleófilo.
2 Haleto secundário e base forte (por exemplo, íon etóxido): E2 é favorecida, pois o bloqueio torna a substituição mais difícil. 
3 Haleto terciário e base forte (por exemplo, íon etóxido): SN2 não ocorre devido ao impedimento estérico, portanto a eliminação E2 é altamente favorecida, especialmente em temperaturas mais elevadas. Qualquer produto de substituição que ocorra tem que passar obrigatoriamente por SN1.
Para favorecer E2 sobre SN2, além de altas temperaturas pode-se usar base forte com bloqueio estérico, tal como o íon tercbutóxido.
7.4. RESUMO DAS REAÇÕES SN1 e E1[footnoteRef:4] [4: Loudon, G.M. Organic Chemistry, Oxford, 4th ed., 2001.
] 
Apenas haletos de alquila terciários e secundários sofrem reações de solvólise por mecanismos SN1 e E1, sendo que os haletos terciários são os mais reativos. As características principais dessas reações são resumidas abaixo.
1 Se um haleto de alquila tem hidrogênios β, produtos de eliminação E1 são acompanhados de produtos de substituição SN1;
2 Ambas as reações SN1 e E1 de um dado haleto de alquila compartilham a mesma etapa limitante da velocidade: ionização do haleto de alquila para formar o carbocátion;
3 SN1 e E1 são reações de 1ª ordem em relação ao haleto de alquila;
4 Rearranjos ocorrem quando o carbocátion inicialmente formado pode dar origem a um carbocátion mais estável;
5 Assim como SN2 e E2, os melhores grupos retirantes fornecem as bases mais fracas como produtos, ou seja, a reatividade dos haletos de alquila para e SN1 e E1, é: RI  >  RBr  > RCl  >  RF;
6 As reações são aceleradas em solventes polares próticos (água, ácido fórmico, metanol, etanol etc.). Se nenhuma outra base estiver presente, a reação se passa com o próprio solvente (uma base fraca), sendo chamada de solvólise;
7 Reações SN1 com haletos de alquila quirais dão mistura quase racêmica, já que alguma inversão de configuração é observada;
8 Reações SN1 são favorecidas em relação E1 pelo uso de temperaturas mais baixas. Contudo, as reações de substituição dos haletos terciários não são muito usadas como métodos sintéticos, pois as eliminações ocorrem mais facilmente;
9 Temperaturas mais altas favorecem o mecanismo E1 à custa do SN1. No entanto, do ponto de vista prático, se se deseja o produto de eliminação é mais conveniente adicionar uma base forte e forçar para que haja uma reação E2.
7.5. SUMÁRIO DAS REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO E ELIMINAÇÃO[footnoteRef:5] [5: Loudon, G.M. Organic Chemistry, Oxford, 4th ed., 2001, pg 391.
] 
Quando questionado a predizer como um dado haleto de alquila irá reagir, você deve primeiro fazer três importantes perguntas:
1 O haleto de alquila é primário, secundário ou terciário? Se primário ou secundário, há significante ramificação no carbono β?
2 Uma base de Lewis está presente? Se está, ela é um bom nucleófilo, uma forte base de Bronsted ou ambos? Lembre-se que bases fortes de Bronsted, como o íon etóxido, são bons nucleófilos, mas alguns excelentes nucleófilos, como o iodeto, são bases de Bronsted relativamente fracas;
3 Qual é o solvente? Para propósitos práticos, as escolhas estão limitadas a solventes polares próticos, polares apróticos ou a uma mistura deles.
Uma vez tendo essas questões sido respondidas, uma previsão satisfatória pode ser feita usando a Tabela 4, a qual é essencialmente um resumo das reações de substituição e eliminação vistas neste capítulo.
Tabela 4. Resumo das reações de substituição e eliminação.
	Entra-da
	Haleto de alquila
	Bom nucleófilo?
	Base forte de Bronsted?
	Solvente*
	Reação esperada
	1
	Metila
	Sim
	Sim ou não
	PP ou PA
	SN2
	2
	Primário, não ramificado
	Sim
	Não
	PP ou PA
	SN2
	3
	
	Sim
	Sim, não ramificada
	PP ou PA
	SN2
	4
	Primário com ramificação β
	Sim
	Sim, não ramificada
	PP ou PA
	E2 + SN2
	5
	Qualquer primário
	Sim
	Sim, ramificada
	PP ou PA
	E2
	6
	
	Não
	Não
	PP ou PA
	Não reage
	7
	Secundário
	Sim
	Sim
	PP ou PA
	E2; algum SN2 com haleto de isopropila; somente E2 com base ramificada
	8
	
	Sim
	Não
	PA
	SN2
	9
	
	Não
	Não
	PP
	SN1/E1
	10
	
	Não
	Não
	PA
	Não reage
	11
	Terciário
	Sim
	Sim
	PP ou PA
	E2
	12
	
	Sim
	Não
	PP
	SN1/E1
	13
	
	Sim
	Não
	PA
	Não reage ou reage lentamente por SN2
	14
	
	Não
	Não
	PP
	SN1/E1
	15
	
	Não
	Não
	PA
	Não reage
PP = solvente polar prótico; PA = solvente polar aprótico
8 Preparação de Organometálicos
Organometálicos são compostos que contêm ligações carbono-metal. Essas ligações variam desde essencialmente iônicas (por exemplo, CNa e CK) até essencialmente covalentes (como CPb, CSn, CHg e CTh). As ligações CLi e CMg encontram-se entre esses extremos.
Os compostos organo-lítio e organo-magnésio são de grande importância em síntese orgânica. São estáveis em soluções etéreas, mas a ligação Cmetal tem considerável caráter iônico, por isso, o carbono ligado ao metal é uma base forte e um nucleófilo poderoso.
O método mais comum de preparação de organometálicos é a reação do haleto de alquila com o metal.
Nota: o éter mais frequentemente usado nessas reações é o tetraidrofurano (THF), mas também costuma-se usar o éter etílico (Et2O).
Os reagentes de Grignard não sofrem rearranjos, a carga negativa está no carbono e a positiva no metal.
Compostos organo-lítio são preparados de modo semelhante aos reagentes de Grignard.
8.1. REAÇÕES DE ORGANOMETÁLICOS
COM HALETOS DE ALQUILA
8.1.1. Reações de acoplamento: organo-sódios são muito reativos e levam a acoplamentos entre haletos de alquila, gerando alcanos.
A reação anterior é conhecida como acoplamento de Wurtz e tem utilidade sintética limitada. O mecanismo dessa reação é do tipo SN2.
Quando possível, além do acoplamento, os organo-sódios fornecem produtos de eliminação.
Reações de acoplamento de Wurtz também ocorrem com reagentes de Grignard. 
8.1.2. Redução de haletos a alcanos: nessa reação, o organometálico é hidrolisado para dar alcano. Os metais mais utilizados são Zn, Li, Na e Mg.
A redução pode ser feita com zinco em meio de ácido forte (HCl).
No caso de organo-sódio, usa-se ácido fraco.
A redução também pode ser catalítica e nesse caso usa-se hidrogênio.
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