Aula 06 ufabc

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Química Orgânica

4

º

_Edição

Paula Yurkanis Bruice

Aula 6

Reações de

Substituição em

Haletos de Alquila

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O que é uma reação de substituição?

O átomo ou grupo, que é substituído ou eliminado nestas reações, é chamado grupo abandonador ou grupo de

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Haletos de alquila têm grupos abandonadores relativamente bons.

Como os haletos de alquila reagem?

RCH₂ X X= F, Cl, Br, I Nu:- + C X C Nu + X -δ+ δ -δ+ δ -Alternativamente… Nu:- + C X C+ δ+ _δ_- + X -C+ C Nu

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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

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O Mecanismo de uma Reação S

_N

2

Considere a lei de velocidade empírica da reação: v = k[CH₃Br][OH-_]

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Três Evidências Experimentais que Suportam o

Mecanismo de Reação S

_N

2

1. A velocidade da reação depende da concentração

do haleto de alquila e do nucleófilo.

2. A velocidade da reação com determinado nucleófilo

diminui com o aumento do tamanho dos haletos de

alquila.

3. A configuração no produto substituído é invertida em

relação à configuração no reagente haleto de alquila

quiral.

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Um substituinte volumoso no haleto de alquila reduz a reatividade do haleto de alquila: impedimento estérico.

Reatividade relativa de haletos de alquila em reações S_N2:

haleto de metila > haleto de alquila 1o _{> haleto de alquila 2}o _{> haleto de alquila 3}o

mais reativo menos reativo (não reage!!!)

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Diagramas da coordenada de reação:

a)reação S_N2 de brometo de metila

b)reação S_N2 com um brometo de alquila impedido.

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Conseqüência Estereoquímica do ET

A reação S_N2 ocorre com inversão de configuração (inversão de Walden). • ataque do nucleófilo pelo lado inverso do grupo de partida (“por trás”).

A inversão de configuração pode ser observada com a utilização de um

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Reações S_N2 são Influenciadas pelo Grupo Abandonador (Grupo de Partida – GP)

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‘Qualidade’ do Grupo de Partida

•quanto mais fraca a base, melhor é o GP.

•quanto mais forte o ácido correspondente, melhor o GP. •maior estabilidade da base.

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-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 (eletrófilo).

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)

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O Nucleófilo Influencia uma Reação S

_N

2

Nucleófilos carregados são mais fortes:

HO– _{> H} 2O CH₃O– _{> CH} 3OH –_NH 2 > NH3 CH₃CH₂NH– _{> CH} 3CH2NH2

Quanto maior a basicidade, maior a nucleofilicidade:

NH₃ > H₂O ~ ROH

-_NH

2 > -OH > F

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Nucleófilos com átomos centrais da mesma família

mas de períodos diferentes

Nucleófilo maior é mais forte, apesar da sua basicidade ser menor.

I- _{> Br}- _{> Cl}- _{> F}

-(válido para solventes polares próticos, p. ex.: H₂O e álcoois)

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Nucleófilos com átomos centrais de períodos

diferentes

maior ligação no ET

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O Efeito do Solvente na Nucleofilicidade

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Solvatação de Íons por um Solvente Polar Prótico

•Interação íon-dipolo e ‘de pontes de hidrogênio’

Estabilização de ânions através de ligações de hidrogênio.

Estabilização de cátions através de interações íon – dipolo.

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Solvatação de Íons por um Solvente Polar Aprótico

•Somente interação íon-dipolo

Estabilização de ânions não é possível: não pode formar

ligações de hidrogênio.

Estabilização de cátions através de interações íon – dipolo.

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Efeito de solventes polares próticos e dipolares

apróticos sobre reações S

_N

2

Solventes próticos solvatam bem ânions. As interações de ligação de hidrogênio são mais fortes entre o solvente e uma base forte do que entre o solvente e uma base fraca.

•densidade de carga, na base forte é maior.

Por isso, o fluoreto, que faz fortes interações de ligação de hidrogênio com o solvente polar prótico, é um melhor

nucleófilo em um solvente não polar ou polar aprótico.

Solventes polares apróticos, tais como DMSO e DMF

facilitam as reações de nucleófilos iônicos, pois solvatam muito bem cátions, mas não solvatam ânions.

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A Nucleofilicidade é Afetada por Efeitos Estéricos

Etóxido e terc.-butóxido possuem basicidade similar, porém o etóxido é um nucleófilo

melhor devido ao impedimento estérico no

terc.-butóxido.

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Uma reação S

_N

2 procede na direção em que a

base mais forte substitui a mais fraca

(24)

Reações de Substituição Nucleofílica de

Primeira Ordem: S

_N

1

Evidencias Experimentais da Reação S_N1:

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.

(25)

Dependência da velocidade da reação com a

estrutura do substrato

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Mecanismo da Substituição Nucleofílica de

Primeira Ordem: S

_N

1

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Diagrama da Coordenada de Reação para uma

Reação S

_N

1

Reatividade relativa em reações S_N1: haleto 3º > 2º > 1º > metila (não reage!). •relacionado à estabilidade do carbocátion intermediário formado.

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O Efeito do Grupo de Partida e do Nucleófilo em

uma Reação S

_N

1

Quanto melhores o GP maior a velocidade da reação

•Efeito análogo ao na S_N2 (na S_N1 o efeito do GP é maior!?)

O nucleófilo não tem efeito sobre uma reação S_N1:

•Nem a ‘qualidade’ nem a concentração do NUC influenciam a

velocidade da reação S_N1.

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Estereoquímica da Reação S

_N

1

O carbocátion intermediário de reação leva à formação de dois estereoisômeros.

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A Estereoquímica de Reações S

_N

1

Se o grupo abandonador, em uma reação S_N1, estiver ligado em um centro quiral, forma-se um par de enantiômeros como produto da reação.

(31)

A Estereoquímica de Reações S

_N

2

se o grupo abandonador, em uma reação S_N2, estiver ligado em um centro quiral, forma-se um único enantiômero com a configuração absoluta invertida como produto da reação.

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(33)

Quando um haleto de alquila pode sofrer S_N1 ou S_N2:

• haletos de alquil secundários

a) a concentração do nucleófilo, b) a reatividade do nucleófilo, e

c) a polaridade do solvente da reação

determinarão qual mecanismo será predominante.

A reação S_N2 é favorecida por alta concentração de um nucleófilo forte em um solvente polar aprótico.

S_N1 é favorecida por baixa concentração de um

nucleófilo ou por um nucleófilo fraco em um

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Compostos Organometálicos

Um composto organometálico faz ligação carbono–metal:

Polarização da Ligação C-Metal:

Esta polarização é contrária à de C-heteroátomo normalmente observada em compostos orgânicos.

O carbono possui carga parcial negativa!!!

Este fato determina a reatividade destes compostos (nucleófilos de carbono)

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Preparação de Compostos Organomagnésio

(Reagente de Grignard)

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Preparação e Propriedades de compostos

organometálicos

Haletos de alquila, haletos de vinila e haletos de arila

podem ser usados na preparação de compostos organolítio e organomagnésio.

Compostos organometálicos possuem um carbono com

carga parcial negativo e são utilizados como nucleófilos que reagem com vários eletrófilos (haletos de alquila, compostos carbonílicos).

Compostos organometálicos são bases muito fortes e fazem reações ácido-base com ácidos com por exemplo água.

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Reação de Reagente de Grignard com Haletos

de Alquila

Compostos organometálicos reagem como nucleófilos, por exemplo com haletos de alquila (S_N2):

Este tipo de reação é importante na QO sintética pq. ocorre a formação de uma ligação C-C.