OSOS HALETOSHALETOS ORGÂNICOSORGÂNICOS
• São compostos resultantes da substituição de um ou mais átomos de hidrogênio
de um hidrocarboneto por um ou mais átomos de halogênios. Além disso,
acreditava-se que substâncias como clorofórmio e haletos aromáticos eram
consequência da poluição humana.
Ex: CH2Cl2 CHCl3 CH3I CF2Cl2
OcorrênciaOcorrência naturalnatural dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
• Até a década de 80, poucos compostos halogenados haviam sido obtidos a partir
de organismos vivos.
• Atualmente, com o crescente estudo da química de organismos marinhos, as
estruturas de mais de 3.200 compostos halogenados obtidos desta fonte já foram
determinadas.
OcorrênciaOcorrência naturalnatural dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
• O ambiente marinho é a maior fonte de biótica de compostos halogenados,
principalmente pelo ambiente rico em íons cloreto e brometo. Isto explica o “cheiro
de mar” exalado de algumas substâncias organo-halogenadas voláteis.
• A alga Asparagopsis taxiformis (“limi kohu”), encontrada no Havaí e muito• A alga Asparagopsis taxiformis (“limi kohu”), encontrada no Havaí e muito
apreciada pelos “gourmets” pelo seu aroma, fornece vários compostos
halogenados:
Br Br
Br
O
Br
CBr3CO2CH2CH3
CHCl3
CH3Cl CCl4
CH3Br
CBr4{ }
ImportânciaImportância ee aplicaçõesaplicações dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
SolventesSolventes
- São solventes relativamente pouco polares
- Tetracloreto de carbono, clorofórmio, 1,1,1-tricloroetano
• São importantes não apenas como intermediários em síntese orgânica, mas
também em diversas aplicações industriais e caseiras.
ReagentesReagentes
- Materiais de partida para a síntese de uma série de compostos
- Reações de substituição nucleofílica, de eliminação e formação de
organometálicos, etc
SistemasSistemas dede RefrigeraçãoRefrigeração ee PropelentePropelente emem aerossóisaerossóis
- CloroFluorCarbonetos (CFCs) - Diclorodifluorometano (Freon 12)
AplicaçõesAplicações dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
PlásticosPlásticos dede usouso domésticodoméstico
SangueSangue artificialartificialSangueSangue artificialartificial
Cl
C
O
CH2
GásGás lacrimogêniolacrimogênio
Perfluorodecalina
(agente hemostático)
AplicaçõesAplicações dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
AtividadeAtividade EcológicaEcológica
OH
Cl Cl
OH
Cl
Cl
• Acredita-se que os organismos vivos utilizem estas substâncias como função de
atração sexual (feromônio), como ação antimicrobiana, repelentes para predadores
e herbívoros, etc.
Cl
2,6-diclorofenol
(Feromônio do inseto Dermacentor Variabilis)
2,4-diclorofenol
(Herbicida – agente laranja)
• O composto clorado Plocameno B, isolado da alga Plocamiun violaceum, possui
atividade inseticida contra larvas e mosquitos, semelhante ao DDT.
Cl
Cl Cl
AplicaçõesAplicações dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
PesticidasPesticidas (( DDTDDTss == DDicloroicloro –– DDifenilifenil –– TTricloroetanoricloroetano ))
AspectosAspectos EstruturaisEstruturais dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
- A reatividade dos haletos de alquila deve-se ao fato da ligação C-X ser bastante
polarizada, com o carbono apresentando uma carga parcial positiva.
- Os haletos orgânicos também podem ser vinílicos ou arílicos
AlgumasAlgumas propriedadespropriedades físicasfísicas dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
- Os haletos de alquila e arila apresentam baixa solubilidade em água e alta
solubilidade em solventes pouco polares.
- Compostos monoclorados e monofluorados possuem densidades menores que
1g.cm-3, enquanto que os monobromados e monoiodados tem densidade > 1g.cm-3.
- São normalmente líquidos, e o PE aumenta com a massa atômica do halogênio.
REAÇÕESREAÇÕES DEDE SUBSTITUIÇÃOSUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICANUCLEOFÍLICA
- Substituição : troca de um grupo por outro
- Nucleófilo : base se Lewis (doador do par de elétrons)
- Substrato : haleto de alquila (R-X)
- Grupo abandonador (retirante): íon halogênio (X-)
REAÇÕESREAÇÕES DEDE SUBSTITUIÇÃOSUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICANUCLEOFÍLICA
- A reação de haletos orgânicos com nucleófilos é de grande importância em
síntese orgânica, pois permite o preparo de compostos de diversas classes
orgânicas.
- Exemplos:
REAÇÕESREAÇÕES DEDE SUBSTITUIÇÃOSUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICANUCLEOFÍLICA
SubstratoSubstrato
NucleófiloNucleófiloNucleófiloNucleófilo
-- Ex : R-O-, OH-, etc
Grupos retirantesGrupos retirantes
-- Fica estável após a separação:
- Ex: bases fracas, haletos (I->Br->Cl->>F-)
REAÇÕESREAÇÕES DEDE SUBSTITUIÇÃOSUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICANUCLEOFÍLICA
-- Reação geral para SN de um haleto de alquila pelo íon hidróxido
-- Reação geral para SN de um haleto de alquila pela água
H2O
+
REAÇÕESREAÇÕES DEDE SUBSTITUIÇÃOSUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICANUCLEOFÍLICA
Exercícios: Escrever as reações como reações iônicas líquidas e indicar os
produtos, o substrato, nucleófilo e o grupo retirante para cada uma:
ReaçõesReações (em(em carbonocarbono saturado)saturado) dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
- Como bases são nucleófilos e nucleófilos são bases, as reações de substituição
competem com as reações de eliminação
H C
C X�u −−−−
(a)
(b)
(a)
eliminaçãoE2
(b)
C
C
CH(b)(b)
substitutição
S�2
CH
C�uX −−−−+
MasMas comocomo saber saber qualqual reaçãoreação é é maismais favorávelfavorável????
Em altas temperaturas, as reações de eliminação são mais favoráveis!
* Eliminação leva a um maior número de produtos
ReaçõesReações (em(em carbonocarbono saturado)saturado) dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
Haletos secundários ⇒ Eliminação é favorecida
Haletos primários ⇒ Substituição é favorecida
CH3CH2O−−−−Na
++ CH3CH2Br
C2H5OH
55oC
(−−−−NaBr)
CH3CH2OCH2CH3 + H2C CH2
SN2 = 90% E2 = 10%
CH3CHCH3
Br
+ NaBrC2H5ONa
C2H5OH, 55oC
H2C CH CH3
(79%)
C2H5OH+
C
CH3
H3C Br
CH3
C CH2
CH3
H3C + NaBr C2H5OH+
(91%)
C2H5ONa
C2H5OH, 55oC
Haletos secundários ⇒ Eliminação é favorecida
Haletos terciários ⇒ Eliminação é altamente favorecida
E2 = 79%
E2 = 100%
ReaçõesReações (em(em carbonocarbono saturado)saturado) dosdos haletoshaletos orgânicosorgânicos
H3CC Cl
CH3
CH3
80% C2H5OH
20% H2O25 oC
H3CC OH
CH3
CH3
+ H3CC OCH2CH3
CH3
CH3
álcool tert-butílico tert-butil etil ether
CH
(83%)
• Substituição x eliminação
SN1
x
C
CH3
CH3
H2C 2-Metilpropeno (17%) E1
+ Cl −−−−H3CC Cl −−−−
CH3
CH3
H3CC
CH3
CH3(solvatado) (solvatado)
+etapa lenta
A etapa inicial (determinante) é a mesma para ambos os mecanismos (SN1 ou E1).
MECANISMOSMECANISMOS DASDAS REAÇÕESREAÇÕES DEDE SUBSTITUIÇÃOSUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICANUCLEOFÍLICA
- Dependendo das condições de reação, ela pode seguir o mecanismo SN1 ou SN2.
ReaçõesReações dede substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica bimolecularbimolecular (SN(SN22))
�� Ocorre em apenas uma etapaOcorre em apenas uma etapa
�� Reação de segunda Ordem: Proporcional as duas concentraçõesReação de segunda Ordem: Proporcional as duas concentrações
�� Etapa determinanteEtapa determinante
Velocidade da reação = KVelocidade da reação = K22[[nn--BuBrBuBr][OH][OH--]]
ReaçõesReações dede substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica bimolecularbimolecular (SN(SN22))
•• O estado de transiçãoO estado de transição
MecanismoMecanismo dada reaçãoreação SNSN22
1) O nucleófilo (Nu:-) ataca por trás o átomo de carbono ligado diretamente ao
retirante
2) Ocorre a superposição do par de elétrons do Nu:- com o orbital vazio do
carbono contendo o grupo retirante
3) A ligação Nu-C é fortalecida e a ligação C-X enfraquece
4) Ocorre a inversão de configuração* e o retirante é “puxado para fora”
EstereoquímicaEstereoquímica dada reaçãoreação SNSN22
* ataque por trás provoca mudança na configuração : sombrinha vira do avesso!
•• Impedimento Impedimento estéricoestérico: : CH3-X (SN2 rápida); R-X (SN2 rápida); R2CH2-X (SN2 lenta)
EstereoquímicaEstereoquímica dada reaçãoreação SNSN22
• Reações SN2 sempre ocorrem com inversão de configuração
(R)-(-)-2-Bromooctano
Br H H OHHO-
(S)-(-)-2-Octanol
[αααα]D25 = -34,25o [αααα]D25 = +9,90o
100 % de pureza 100 % de pureza
enantioméricaenantiomérica
ReaçõesReações dede substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica unimolecularunimolecular (SN(SN11))
�� Ocorre em duas etapas: formação do intermediário e formação do produtoOcorre em duas etapas: formação do intermediário e formação do produto
�� Reação de primeira ordem: Proporcional a concentração de um reagenteReação de primeira ordem: Proporcional a concentração de um reagente
�� Formação do intermediário (Formação do intermediário (carbocátioncarbocátion) é a etapa determinante) é a etapa determinante
�� 1ª etapa (lenta)1ª etapa (lenta)CH3
+
CH3-
lenta�� 1ª etapa (lenta)1ª etapa (lenta)
Etapa determinanteEtapa determinante
�� 2ª etapa (rápida) 2ª etapa (rápida)
Velocidade da reação = KVelocidade da reação = K11[([(CHCH33))33--CC--BrBr]]
C
CH3
H3C Br C+
CH3
H3C + Br-
C
CH3
CH3
H3C OHC+
CH3
CH3
H3C + H2O
-OH
H2O
ReaçõesReações dede substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica unimolecularunimolecular (SN(SN11))
•• O estado de transiçãoO estado de transição
CR
R
R
CR
R
R
CR
R
R
MecanismoMecanismo dada reaçãoreação SNSN11
C
CH3
CH3
H3C Cl C+
CH3
CH3
H3C + Cl-
lenta
C+
CH3
CH3
H3C + O
H
H.. rápida
C
CH3
CH3
H3C O
H
H..+
1) Ajudado por um
solvente polar o cloro sai
e produz um C+
CH3 H CH3 H
+..O
H
HC
CH3
CH3
H3C..O
H
H+
rápida ..O
H
C
CH3
CH3
H3C +
+..O
H
HH
2) Uma molécula de água atua como base de Lewis e doa o par de elétrons para
formar um íon terc-butiloxônio
3) Uma molécula de água atua como base de B-L e abstrai um próton, formando um
álcool terc-butílico
EstereoquímicaEstereoquímica dada reaçãoreação SNSN11
• Possibilidades :
C
X
AB Nu
-
C
Nu
AB
+ X- Retenção da configuração
X-
+Nu
-
C
X
AB
Nu
C
AB
Inversão da configuração
X-
+Nu
-
C
X
AB
Nu
C
AB22 2+
C
Nu
AB
Racemização
EstereoquímicaEstereoquímica dada reaçãoreação SNSN11
C
CH3CH2CH2
H3CCH2
H3CBr
lenta
-BrC+
H3C CH2CH3
CH2CH2CH3
..HOH
Carbocátion tem estrutura
trigonal plana e é aquiral
C+
CH3CH2CH2
H3C CH2CH3
HOH....
ataque pela frente
ataque por trás
rápida
C
CH3CH2CH2
H3CCH2
H3CO
H
H+
+C
CH3CH2CH2
H3CCH2
CH3O
H
H
Enantiômerosrápida
..
..HOH
..
..HOH
..
..
..C
CH3CH2CH2
H3CCH2
H3CO
H
..C
CH3CH2CH2
H3CCH2
CH3O
H
Mistura racêmica
H3O+
+
+ H3O+
..
..
Retenção + inversão = racemização
EfeitoEfeito dodo solventesolvente nasnas reaçõesreações dede substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica
EfeitoEfeito dodo solventesolvente nasnas reaçõesreações dede substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica
� SolvóliseSolvólise == reações de SN onde o nucleófilo é uma molécula do solvente
água => hidróliseágua => hidrólise
etanol => etanol => etanóliseetanólise
FatoresFatores queque afetamafetam asas velocidadesvelocidades dasdas reaçõesreações SNSN11 EE SNSN22
Efeito da estrutura do substrato
• SNSN22:: - ordem de reatividade de haletos de alquila:
metila > primário > secundário >> terciário (não reage)
- haletos terciários, p.ex., tem bloqueio estérico de grupos volumosos que- haletos terciários, p.ex., tem bloqueio estérico de grupos volumosos que
dificultam o ataque.
• SNSN11:: - ordem obedece à estabilidade relativa do carbocátion:
terciário > secundário > primário > metila (não reage)
- praticamente só carbocátion terciário reage
- carbocátions primários e secundários não competem com SN2
Efeito da concentração e da força do nucleófilo
- influencia somente em SN2 (segunda ordem)
- bons nucleófilos são também bases fortes e reagem rápido com substrato:
RO- > HO- >> RCO2- > ROH > H2O
Efeito do solvente sobre SN2: solventes polares e apróticos
- água e alcoóis (solventes polares próticos) solvatam o íon haleto pela- água e alcoóis (solventes polares próticos) solvatam o íon haleto pela
formação de ligação H (desfavorável)
- nucleofilicidade relativa em solventes próticos:
SH- > CN- > I- > OH- > Br- > Cl- > H2O
- DMF e DMSO são solventes polares apróticos: dissolvem compostos
iônicos e não formam ligações de hidrogênio (favorável)
- ordem de nucleofilicidade relativa em DMSO, por exemplo:
F- > Cl- > Br- > I-
Efeito do solvente sobre SN1: capacidade de ionização do solvente
- uso de solventes polares e próticos: solvatam cátions e ânions, e elevam a
velocidade de ionização de haletos de alquila (favorável)velocidade de ionização de haletos de alquila (favorável)
- água é o melhor solvente, mas muitos compostos orgânicos não dissolvem
em água, por isso usam-se solventes mistos polares
Mecanismo SN1 x SN2
Fator SN1 SN2
Substrato3° (necessita a formação de um
carbocátion estável)
Metil > 1° > 2° (necessita de
substratos desbloqueados)
Base de Lewis fraca, molécula Base de Lewis forte, onde a
Nucleófilo
Base de Lewis fraca, molécula
neutra, o nucleófilo pode ser o
solvente (solvólise)
Base de Lewis forte, onde a
velocidade depende da
concentração do nucleófilo
Solvente Prótico polar (Ex: álcoois, água) Aprótico polar (Ex: DMF, DMSO)
Grupo
abandonador
I > Br > Cl > F para ambos o SN1 e SN2
(Quanto mais fraca a base, depois da partida do grupo, melhor
será o grupo abandonador/retirante)
Exercícios
1) Justifique as porcentagens dos produtos formados nas seguintes reações:
(3%)(97%)
b) + CH2(CH3)2CHOC2H5 CH3CH
55oC
C2H5OHCH3CHBrCH3
CH3CHBrCH3C2H5OH
55oC
(CH3)2CHOC2H5 CH3CH CH2+a)
(79%)(21%)
C2H5O-Na
+ /
2) Preveja e justifique a ordem de reatividade do iodeto de sódio em acetona
(condição que favorece a reação SN2) com os seguintes haletos de alquila :
CH3
Cl Cl
H3C Cl
( I ) ( II ) ( III )
3) Determine o produto principal (majoritário) e escreva o mecanismo completo
das reações de SN abaixo, esboçando para cada reação um gráfico
detalhado de energia versus coordenada de reação:
a) Cloropentano + CH3CH2O- 50
oC
CH3CH2OH
b) (R)-2-bromobutano + -OH
25oC
25oC
c) (S)-3-bromo-3metilhexano
CH3OH
CH3CO2H
50oC
CH3CO2-
d) 3-clorohexano +
e) brometo de ter-butila
CH3OH
25oC