Aula 6. Organic Chemistry. Reações de Substituição em Haletos de Alquila. O que é uma reação de substituição?

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1 Organic Chemistry 4 th Edition Paula Yurkanis Bruice Aula 6 Reações de Substituição em Haletos de Alquila Irene Lee Case Western Reserve University Cleveland, OH 2004, Prentice Hall O que é uma reação de substituição? O átomo ou grupo, que é substituído ou eliminado nestas reações, é chamado grupo abandonador 1

2 Haletos de alquila têm grupos abandonadores relativamente bons Como os haletos de alquila reagem? δ+ δ- RCH 2 X X= F, Cl, Br, I Alternativamente Nu: - + C X C Nu + X - δ+ δ- C X C+ δ+ δ- + X - Nu: - + C+ C Nu Como um nucleófilo substitui o halogênio, estas reações são conhecidas como reações de substituição nucleofílica O mecanismo de reação depende, predominantemente, dos seguintes fatores: concentração do nucleófilo estrutura do haleto de alquila natureza do grupo de partida reatividade do nucleófilo do solvente da reação 2

3 O Mecanismo de uma Reação S N 2 Considere a lei de velocidade empírica da reação: v = k[ch 3 Br][OH - ] uma reação de segunda ordem 3

4 Um substituinte volumoso no haleto de alquila reduz a reatividade do haleto de alquila: impedimento estérico Diagramas da coordenada de reação para (a) a reação S N 2 de brometo de metila e (b) uma reação S N 2 com um brometo de alquila impedido 4

5 A inversão de configuração (inversão de Walden) em uma reação S N 2 é devida ao ataque por trás A inversão de configuração pode ser observada com a utilização de um haleto de alquila quiral Reações S N 2 são Influenciadas pelo Grupo Abandonador 5

6 Quanto mais fraca a base, melhor é o grupo abandonador O Nucleófilo Influencia uma Reação S N 2 A nucleofilicidade é uma medida da rapidez com que um nucleófilo é capaz de atacar um átomo deficiente em elétrons A nucleofilicidade é medida pela constante de velocidade (k), quanto maior k, maior a nucleofilicidade A basicidade é determinada pela constante de equilíbrio de dissociação do ácido correspondente (K a ) 6

7 O Nucleófilo Influencia uma Reação S N 2 Nucleófilos carregados são mais fortes HO > H 2 O CH 3 O > CH 3 OH NH 2 > NH 3 CH 3 CH 2 NH > CH 3 CH 2 NH 2 Quanto maior a basicidade, maior a nucleofilicidade NH 3 > H 2 O ~ ROH - NH 2 > - OH > F - Nucleófilos com átomos centrais do mesmo período Nucleófilos com átomos centrais da mesma família Nucleófilo maior é mais forte, apesar da basicidade ser menor I - > Br - > Cl - > F - (válido para solventes polares próticos,, p. ex.: H 2 O e álcoois) Explicação: polarizabilidade 7

8 Quando compara-se nucleófilos com átomos que atacam muito diferentes em tamanho, maior ligação menor ligação Considere a interação íon-dipolo 8

9 As interações íon-dipolo são mais fortes entre o solvente e uma base forte do que entre o solvente e uma base fraca, pois a densidade de carga, no primeiro caso, é maior Por isso, o fluoreto, que faz fortes interações íon-dipolo e ligação de hidrogênio com o solvente polar prótico, é um melhor nucleófilo em um solvente não polar Solventes polares apróticos, tais como DMSO e DMF facilitam as reações de nucleófilos iônicos, pois solvatam muito bem cátions, mas não solvatam ânions 9

10 A Nucleofilicidade é Afetada por Efeitos Estéricos Efeitos estéricos afetam a nucleofilicidade, mas não a basicidade Uma reação S N 2 procede na direção em que a base mais forte substitui a mais fraca 10

11 Evidencias Experimentais da Reação S N 1 1. A velocidade de reação depende somente da concentração do haleto de alquila 2. A velocidade de reação é favorecida pela presença de grupos volumosos substituindo o haleto 3. Na substituição de haletos de alquila quirais, é obtida uma mistura racêmica como produto de reação 11

12 Diagramas da Coordenada de Reação para uma Reação S N 1 12

13 O carbocátion intermediário de reação leva à formação de dois estereoisômeros se o grupo abandonador, em uma reação S N 1, estiver ligado em um centro quiral, forma-se um par de enantiômeros como produto da reação 13

14 O Efeito do Grupo Abandonador em uma Reação S N 1 O nucleófilo não tem efeito sobre uma reação S N 1 A Estereoquímica de Reações S N 1 14

15 A Estereoquímica de Reações S N 2 15

16 Quando um haleto de alquila pode sofrer S N 1 ou S N 2, a) A concentração do nucleófilo, b) A reatividade do nucleófilo, c) O solvente da reação Determinarão qual mecanismo será predominante S N 2 é favorecida por alta concentração de um nucleófilo forte S N 1 é favorecida por baixa concentração de um nucleófilo ou por um nucleófilo fraco Compostos Organometálicos Um composto organometálico faz ligação carbono metal 16

17 Preparação de Compostos Organolítio hexano CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 Br +2Li CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 Li + LiBr 1-bromobutano butil lítio hexano Cl + 2 Li Li + LiCl clorobenzeno fenil lítio Preparação de Compostos Organomagnésio (Reagente de Grignard) 17

18 Haletos de alquila, haletos de vinila e haletos de arila podem ser usados na preparação de compostos organolítio e organomagnésio Entretanto, estes compostos organometálicos não podem Ser preparados a partir de haletos contendo grupos ácidos (OH, NH 2, NHR, SH, C=CH, C CH, CO 2 H) Organometálicos são utilizados como nucleófilos e são bases muito fortes Reação de Reagente de Grignard com Haletos de Alquila δ δ δ δ R 1 MgBr + R 2 X R 1 R 2 + MgBrX X = Cl, Br, I Br CH 3 MgBr + CH 3 CHCH 3 CH 3 CH 3 CHCH 3 + MgBr 2 18