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Bibliografia:

Química Orgânica – Solomons & Fryhle – 8 ed. Cap. 6, 11 e 12 v. 1.

Química Orgânica – Vollhardt & Schore – 4 ed. Cap. 6 a 9.

Química Orgânica – Constantino – Cap. 2.6 e 2.7. v. 1.

Introdução à Química Orgânica Ciclo Básico – Química Industrial

- 1o semestre de 2012 -

Aula 13 – Reatividade de haletos de alquila, álcoois e éteres

Thiago A. M. Veiga tveiga@unifesp.br

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Reações de alcoóis, éteres e haletos de alquila - Reações de substituição nucleofílica (SN): SN2 e SN1 - Reações de eliminação (E): E2 e E1

- Síntese de Williamson: éteres - Clivagem ácida de éteres

Grupo de saída (GS) ou

Grupo abandonador

Haletos de alquila

• GS: F-, Cl-, Br- ou I-

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Reações de substituição nucleofílica

A ligação carbono-heteroátomo é polarizada e o átomo de carbono eletropositivo pode sofrer

ataque de nucleófilos, com substituição do grupo ligado a ele (Grupo de saída). A substituição

nucleofílica em um carbono sp3 pode ocorrer de duas maneiras diferentes: mecanismos SN2

e SN1.

SN2: Características

- Acontece em uma única etapa;

- Não forma carbocátion;

- Velocidade depende da concentração do

nucleófilo e do substrato;

- SUBSTRATO PRIMÁRIO.

SN1: Características

- Acontece em duas etapas (ionização e adição);

- Há formação de um carbocátion;

- Velocidade depende somente da concentração do

substrato;

- SUBSTRATO TERCIÁRIO.

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Em reações de substituição nucleofílica (SN1 ou SN2), os substratos (E+) podem ser neutros ou positivos, e os nucleófilos podem ser neutros ou carregados negativamente.

Qual o mecanismo exato que opera estas reações? Depende de um conjunto de fatores:

- Estrutura do substrato (haleto de alquila);

- Natureza do nucleófilo;

- Natureza do grupo de saída;

- Condições reacionais (solvente, temperatura etc).

Como saber qual mecanismo ocorre, SN1 ou SN2?

CINÉTICA Tudo depende dos fatores que afetarão a

velocidade da reação

Haletos de Alquila (R – X)

Substituição Nucleofílica

Bimolecular

SN2

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-A reação de SN2:

• O nucleófilo ataca o carbono sp3 pelo lado oposto ao que se encontra o grupo abandonador;

• A ligação C-Nu é formada ao mesmo tempo em que a ligação C-X é rompida;

• A reação é um processo de uma única etapa, sem intermediários: reação concertada.

Lei de velocidade: 2a. ordem V = K [OH-] [CH3Cl]

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A cinética da reação de SN2 é de segunda ordem

• Cinética da reação a velocidade da reação é dependente da concentração do

substrato e do nucleófilo. Se a velocidade de reação é dependente da

concentração de ambos os reagentes, pode-se afirmar que a reação acontece em

uma única etapa, a qual é a etapa determinante da velocidade.

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Se a [ ] de qualquer um dos reagentes aumentar, a colisão entre as moléculas torna-se mais provável.

Fatores que afetam as reações SN2:

- Estrutura do substrato (haleto de alquila);

- Natureza do nucleófilo;

- Natureza do grupo de saída;

- Condições reacionais (solvente, temperatura etc).

IQO

QO 2

• E. Hughes & C. Ingold (1937): Observações experimentais sobre o mecanismo SN2

A troca de um átomo de hidrogênio por um grupo alquila, torna a velocidade da reação mais LENTA

SN2

SN1

SN2/SN1

- Estrutura do substrato:

Haleto de metila

Haleto de alquila 2o.

• O impedimento estérico aumenta a energia de ativação para formação do estado de transição:

• A aproximação do nucleófilo se dá pela face oposta ao grupo de saída:

Haleto de metila

Haleto de alquila 1o.

Haleto de alquila 2o.

Haleto de alquila 3o.

O emprego de reagentes (substratos) quirais torna a reação SN2

ESTEREOESPECÍFICA

Reação

ESTEREOESPECÍFICA

“Processo cujo mecanismo requer que um estereoisômero do reagente

se transforme em um estereoisômero específico no produto”

R → S S → R

Ex.: Haletos de alquila secundários

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As reações de SN2 acontecem com inversão de configuração

→ Se o carbono suscetível à substituição for estereogênico, observa-se inversão de

configuração durante a reação de SN2.

O ataque do nucleófilo na face oposta ao grupo de saída promove a inversão da configuração do

centro quiral

aquiral

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O nucleófilo aproxima-se do orbital sp3 do carbono eletrofílico promovendo a mudança de

hibridização do carbono de sp3 → sp2 (trigonal plano). Quando a reação é finalizada, o carbono

retorna à hibridização sp3.

Representação do estado de transição da reação de SN2 (carbono é sp2)

Consequências da estereoespecificidade da reação SN2

• Considere a reação do (R)- 2-bromo-octano com o íon hidrogessulfeto (HS-):

• O que faríamos para obter o (R)-2-octanotiol?

curiosidade

• A sequência de duas inversões SN2 leva à retenção da configuração

Fatores que afetam as reações SN2:

- Estrutura do substrato (haleto de alquila);

- Natureza do nucleófilo;

- Natureza do grupo de saída;

- Condições reacionais (solvente, temperatura etc).

IQO

QO 2

- Natureza do nucleófilo (Base):

Basicidade & Nucleofilicidade

Grau de facilidade com que uma

substância compartilha seu par de

elétrons

Quanto mais forte, maior facilidade de

compartilhamento

Medida da rapidez com que uma

substância (Nu) é capaz de atacar uma

espécie deficiente em elétrons (E+).

Ex.: Csp3 ligado ao GS.

Bases fortes são Nu melhores

Espécie carregada vs Espécie neutra

Base forte/Nu rico Base fraca/Nu pobre

Basicidade / Nucleofilicidade

SN2: Características

- Acontece em uma única etapa;

- Não forma carbocátion;

- Velocidade depende da concentração do nucleófilo e do

substrato;

- SUBSTRATO PRIMÁRIO.

Que tipo de base (Nu) é recomendada para SN2?

Espécie carregada ou Espécie neutra

• Substratos menos substituídos: 1o. ou 2o

• Base/Nu forte (carregados)

SN2

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Exemplo

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O Mecanismo SN2:

EXERCÍCIOS

1) Considere a reação de substituição nucleofílica alifática do (R)-CH3CH2CH2CHDCl com iodeto de potássio em acetona. Mostre o mecanismo reacional utilizando representações tridimensionais para as estruturas dos compostos e mostrando a configuração do(s) produto(s) obtido(s).

2) Determine as configurações R e S dos reagentes e produtos nas seguintes reações de SN2. Mostre os mecanismos e diga quais dos produtos são opticamente ativos.