Haletos de Alquilo e Substituição Nucleofílica

Transcrição

1 Haletos de Alquilo e Substituição Nucleofílica 1

2 Haleto de Alquilo Classificação dos Haleto de Alquilo C hibridação sp 2 C hibridação sp 3 JPNoronha 2 2

3 JPNoronha 3 3

4 Nomes Comuns Iodeto de terc-butilo Cloreto de Etilo JPNoronha 4 4

5 Interações Dipolo-Dipolo As extremidades opostas dos dipolos interagem JPNoronha 5 5

6 JPNoronha 6 6

7 Haletos de Alquilo Interessantes QII JPNoronha 7 7

8 Haletos de Alquilo Interessantes JPNoronha 8 8

9 Haletos de Alquilo Interessantes JPNoronha 9 9

10 Reacções dos Haletos de Alquilo * Os Haletos de Alquilo sofrem Reações de Substituição com Nucleófilos. * Os Haletos de Alquilo sofrem Reações de Eliminação com Bases Bronsted-Lowry. JPNoronha 10 10

11 Características Gerais das Reações de Substitutição Em qualquer Reação de Substituição são necessários três componentes: JPNoronha 11 11

12 Quando se usa um nucleófilo neutro, o produto de substituição adquire carga positiva. JPNoronha 12 12

13 Para desenhar qualquer produto de substituição nucleofílica: Encontrar o C de hibridação sp 3 com o leaving group. Identificar o nucleófilo, espécies com um par es não compartilhado ou ligação. Substitutir o leaving group pelo nucleófilo e corrigir a carga (se necessário) de qualquer átomo envolvido na quebra ou formação de ligação. JPNoronha 13 13

14 O Leaving Group Grupo Regeitado * Quando comparamos dois leaving groups, o melhor leaving group é a base mais fraca. Por exemplo, H 2 O é um melhor leaving group que o HO devido à H 2 O ser uma base mais fraca. JPNoronha 14 14

15 There are periodic trends in leaving group ability: * Da esquerda para a direita ao longo do mesmo período da tabela periódica, a basicidade decresce logo a habilidade do leaving group aumenta. * Descendo em cada grupo da tabela periódica, a basicidade decresce logo a habilidade do leaving group aumenta. JPNoronha 15 15

16 JPNoronha 16 16

17 JPNoronha 17 17

18 Nucleófilos * As Bases atacam protões. Os Nucleófilos atacam outros átomos eletrodeficientes (geralmente Carbonos). Basicidade é uma propriedade termodinâmica Nucleofilia é uma propriedade cinética JPNoronha 18 18

19 A Nucleofilia segue a Basicidade em três casos: 1. Para dois nucleófilos com o mesmo átomo nucleofílico, a base mais forte é o nucleófilo mais forte. 2. Um nucleóficlo carregado negativamente é sempre um nucleófilo mais forte que o seu ácido conjugado. 3. Da esquerda para a direita no mesmo período da tabela periódica, a nucleofilia aumenta à medida que aumenta a basicidade : JPNoronha 19 19

20 A Nucleofilia não segue a basicidade quando o impedimento estereoquímico se torna importante. O impedimento estereoquímico decresce a nucleofilia mas não a basicidade. As bases o estereoquimicamente impedidas são nucleófilos pobres e são chamadas bases não nucleofílicas. JPNoronha 20 20

21 Em solventes polares próticos, a nuclofilia aumenta para baixo no mesmo grupo da tabela periódica à medida que aumenta o tamanho do anião. É o posto para a basicidade. Exemplos de solventes polares próticos JPNoronha 21 21

22 Os Solventes Polares Apróticos também exibem interacções dipolo-dipolo, mas estes não possuem ligações O H ou N H. Assim, são incapazes de fazer pontes de hidrogénio. Exemplos de solventes polares apróticos JPNoronha 22 22

23 Os solventes polares apróticos solvatam catiões por interacções ião dipolo. Os aniões não são bem solvatados devido ao solvente não conseguir efetuar pontes de hidrogénio com estes. Estes aniões dizem-se nús. JPNoronha 23 23

24 Em solventes polares apróticos, a nucleofilia segue a basicidade, e a base mais forte é o nucleófilo mais forte. Devido à basicidade decrescer à medida que aumenta o tamanho ao longo do mesmo grupo da TP, a nucleofilia decresce também. JPNoronha 24 24

25 JPNoronha 25 25

26 Mas qual é a ordem em que se forma a ligação e se quebra a ligação? Na teoria, existem três possibilidades: [1] A formação e quebra de ligação ocorre simultaneamente. JPNoronha 26 26

27 [2] A quebra da ligação ocorre antes da formação da ligação. [3] A formação da ligação ocorre antes da quebra da ligação. JPNoronha 27 27

28 Exemplo de um mecanismo S N 2 (substitutição nucleofílica bimolecular). JPNoronha 28 28

29 Considera a reação [2] seguinte: Exemplo de um mecanismo S N 1 (substitutição nucleofílica unimolecular). JPNoronha 29 29

30 JPNoronha 30 30

31 Todas as reacções S N 2 prosseguem com o ataque por trás do nucleófilo, resultando na inversão de configuração num centro estereogénico (carbono quiral). JPNoronha 31 31

32 JPNoronha 32 32

33 * À medida que o número de grupos R no carbono com o leaving goup aumenta, a velocidade da reação S N 2 decresce. JPNoronha 33 33

34 JPNoronha 34 34

35 A reação S N 2 é um passo fundamental na síntese laboratorial de muitas drogas (fármacos) importantes. JPNoronha 35 35

36 Stress / Perigo Hipotálamo Glândulas suprarenais Noradrenalina Adrenalina JPNoronha 36 36

37 JPNoronha 37 37

38 Para entender a estereoquímica da reação S N 1, devemos analisar a geometria do carbocatião intermediário. * Um carbocatião (com 3 grupos à volta do C) possui hibridação sp 2 é trigonal planar e possui uma orbital p vazia que se extende para cima e para baixo do plano. JPNoronha 38 38

39 JPNoronha 39 39

40 A velocidade de uma reação S N 1 é afetada pelo tipo de haleto de alquilo envolvido. * À medida que o número de grupos R no carbono com o leaving goup aumenta, a velocidade da reação S N 1 aumenta. Os haletos de alquilo 3º sofrem reações S N 1 rapidamente. Os haletos de alquilo 2º reagem mais lentamente. Os haletos de metilo e de alquilo 1º não sofrem reações S N 1. Esta tendência é exactamente oposta à observada para as reações S N 2. JPNoronha 40 40

41 JPNoronha 41 41

42 JPNoronha 42 42

43 O Postulado de Hammond A velocidade de uma reacção S N 1 aumenta com o aumento do número de grupos R no carbono com o leaving goup. A estabilidade de um carbocatião aumenta com o aumento do número de grupos R no carbono com carga positiva

44 Assim a velocidade de uma reação S N 1 aumenta com o aumento de estabilidade do carbocatião. JPNoronha 44 44

45 JPNoronha 45 45

46 Reações S N 1, Nitrosaminas e Cancro Pensa-se que as reações S N 1 têm um papel no modo como as nitrosaminas, compostos possuindo estrutura geral R 2 N-N=O, atuam como toxinas e carcinogéneos. JPNoronha 46 46

47 Prever o Mecanismo Provável de uma Reação de Substituição. Quatro fatores são relevantes na previsão se uma dada reação é provável prosseguir via S N 1 ou S N 2 O mais importante consiste em identificar o haleto de alquilo (substrato). O aumento da substituição do alquilo favorece S N 1. O decréscimo da substituição do alquilo favorece S N 2. Haletos de Metilo e 1º (CH 3 X e RCH 2 X) seguem apenas via S N 2. Haletos de alquilo 3º (R 3 CX) seguem apenas via S N 1. Haletos de alquilo 2º Metilo (R 2 CHX) seguem via S N 1 ou S N 2. Outros fatores determinam o mecanismo. 47

48 A natureza do nucleófilo é outro fator. Nucleófilos fortes (que geralmente possuem uma carga negativa) presentes em elevadas concentrações favorecem as reações S N 2. Nucleófilos fracos, como a H 2 O e ROH favorecem as reacções S N 1 por diminuirem a velocidade de qualquer reação competidora S N 2. JPNoronha 48 48

49 Um nucleófilo forte favorece um mecanismo S N 2. Um nucleófilo fraco favorece um mecanismo S N 1. JPNoronha 49 49

50 Um melhor leaving group aumenta a velocidade quer das reações S N 1 quer das S N 2. JPNoronha 50 50

51 A natureza do solvente é o 4º fator. Solventes Polares Próticos como a H 2 O e ROH favorecem reações S N 1 devido aos intermediários iónicos (ambos catiões e aniões) serem estabilizados por solvatação. Solventes Polares Apróticos favorecem as reações S N 2 porque os nucleófilos não são bem solvatados, e portanto, são mais nucleofílicos. JPNoronha 51 51

52 JPNoronha 52 52

53 JPNoronha 53 53

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55 JPNoronha 55 55

56 JPNoronha 56 56