REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA 1 – Substituição Nucleofílica Alifática A equação geral: Nu + R LG LG + Nu-R.. É representada pelos seguintes tipos:

Slide 1 REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA 1 – Substituição Nucleofílica Alifática A equação geral: Nu + R LG LG + Nu-R.. É representada pelos seguintes tipos: 1)Ânion / Molécula Neutra: OH - + RI ROH + I - 2)Ânion / Cátion: OH - + Me 3 N + R Me 3 N + ROH 3) Molécula Neutra / Cátion: H 2 S + Me 3 N + R Me 3 N + RS + H 2 4) Duas Moléculas Neutras: RI + Me 3 N Me 3 N + RI - Slide 2 Mecanismos: S N 2 Velocidade = k [R-LG][Nu] Para solvólise: velocidade = k [R-LG][Solvente] = kobs [R-LG] Questão: Como distinguir as reações de solvólise por S N 1 de S N 2? Questão: Como usar os seguintes dados experimentais para determinar aspectos do mecanismo S N 2? i- Slide 3 ii-Os seguintes haletos não reagem com EtONa/EtOH iii- Na reação de 2-iôdo-hexano com I*, k inversão (= 2,8x10 -5 ) ; k troca de I* (= 3,0x10 -5 ) RS I * Me H MeI H * I O Br Slide 4 Questão: Como explicar os seguintes dados experimentais em termos de mecanismo S N 1 mostrado abaixo? R LG R + + LG k 1 k R + + Nu R-Nu k 2 i- A equação cinética é dada por: Velocidade = k 1 k 2 [R-LG][Nu]/k -1 [LG] +k 2 [Nu] ii- A velocidade de algumas reações é diminuída pela adição de LG, já no início da reação. iii- O haleto terciário (A) não reage com: a) 30% kOH )refluxo, 21 horas b) AgNO 3 (48 horas!) Slide 5 iv- O carbocátion (B) foi detectado por RMN (-50 o C) v- Na solvólise de 2-brosilato de octila, determinação de O* no éster que não reagiu mostrou distribuição de O* entre os átomos de oxigênio. Br + SbF 5 (A) (B) - R O S Ar O* O O O R O S Ar * Slide 6 Participação do Grupo Vizinho: Os efeitos dos substituintes sobre a reatividade são divididos em: efeito polar efeito estérico efeito de ressonância O efeito polar diminui rapidamente com o número de ligações entre o substituinte e o centro da reação: G-CH 2 CO 2 H H-CN-CN-(CH 2 ) 2 - CN-(CH 2 ) 3 - K A relativo120962,1 Slide 7 Às vezes, um substituinte numa posição remota causa grande variação na reatividade. Para a reação: R-OBs + R´OOCH R-OOCR´ + HOBs Composto No ROBsK rel, 75 o C 1- 2 3 4 5 6 CH 3 (CH 2 ) 2 CH 2 OBs, Composto modelo CH 3 O-(CH 2 ) 1 CH 2 OBs CH 3 O-(CH 2 ) 2 CH 2 OBs CH 3 O-(CH 2 ) 3 CH 2 OBs CH 3 O-(CH 2 ) 4 CH 2 OBs CH 3 O-(CH 2 ) 5 CH 2 OBs 1 0.1 0.33 461 32,6 1.1 Slide 8 Questão: Porque este mecanismo ocorre somente para os compostos CH 3 O-(CH 2 ) 3 -CH 2 OBs e CH 3 O-(CH 2 ) 4 -CH 2 OBs? O mecanismo é S N 2, o efeito de CH 3 O sobre a reatidade é (?), mas para n=3 e 4 existe um caminho alternativo, favorável: Slide 9 Critérios para o Mecanismo de Participação do Grupo Vizinho: i- Este mecanismo, k, leva ao aumento da velocidade, nunca diminuição, porque o caminho normal k s, está sempre disponível. A assistência Anquimérica: A = k A (substrato) / (k s (composto modelo) O valor de (A) depende da estrutura do composto OH OSO 2 Ph G Porque Na solvólise do composto mostrado, o OH funciona como G.V. quando G = metila, mas não quando G = NO 2 ? Slide 10 Devido à diferença das polaridades dos estados de transição dos caminhos k s e k a natureza (polaridade) do solvente é importante. Sabendo que a ordem de polaridade é: HCO 2 H>MeCO 2 H>etanol, explicar a ordem de solvólise de CH 3 O(CH 2 ) 4 OBs em ácido fórmico, K rel 610; ácido acético, k rel 425; etanol k rel 22,2. dupla inversão: ii- A estereoquímica é retenção, devido a dupla inversão: Exemplo: Slide 11 isolados desviados iii- Às vezes, os intermediários podem ser isolados, ou desviados: Ou ainda o intermediário é estável e não reage mais: iv- Obtenção de mais de um produto indica P.G.V. Questões: I- Explicar a formação dos produtos na reação de solvólise: CH 3 O(CH 2 ) 3 CH(CH 3 )OBs + HCO 2 H CH 3 O(CH 2 ) 3 CH(CH 3 )OCOH + HCOO(CH 2 ) 3 CH(Me)OCH3 Slide 12 II- Mostrar o(s) mecanismo(s); a estereoquímica; e a ordem de reatividade na reação de cis, e de trans-2- clorocíclo-hexanol com OH -. III- Explicar a ordem de reatividade na reação de hidrólise pelo OH -. O P O - O-C 6 H 5 - O 2 C 6 H 5 - O P O CO 2 - O O k rel 1 10 8 IV- Dar o mecanismo e os produtos: (CH 3 ) 2 N-(CH 2 ) 3 -CH=CH 2 + HCl a)Orto-alilfenol + Br 2 Slide 13 Participação do Grupo Vizinho: Carbocátion Não-Clássico Tipos de Carbocátions: i- Clássico: a carga positiva está localizada (Me 3 C + ), ou delocalizada devido a presença de d.l. (CH 2 + -CH=CH 2 ), ou anel aromático (cátion benzílico). ii- Não Clássico: a carga é estabilizada, por exemplo por d.l. em posição homo-alílica. Por exemplo: H2 e H3 H5 e H6 H2CH2C CH- CH 2 H2CH2C H2CH2C CHCH 2 H2CH2C H2CH2C CH=CH 2 H2CH2C + + + H H H H + + + 1 2 3 4 5 6 7 + Slide 14 i- Explicar os seguintes resultados de acetólise: ii- A solvólise de (CH 3 ) 2 C=CHCH 2 CH 2 OTs>> (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 CH 2 OTs. Para (CH 3 ) 2 C=CHCD 2 CH 2 OTs há distribuição do (D) nos produtos. (CH 3 ) 2 C=CH(CD 2 )-CH 2 OTs + H 2 O (CH 3 ) 2 C=CH(CD 2 )-CH 2 OH+(CH 3 ) 2 C=CH(CH 2 )-CD 2 OH K rel 1 10 3.7 10 11 10 14 K rel 140.000 Slide 15 iii- Explicar a seguinte ordem de reatividade na solvólise: R1R2krel H CF3 H CF3 1 1,5 x 10 -6 1,5 x 10 -12 Participação pelo Anel Aromático: Íon Fenônio Y X W Eritero Y W X X W Treo Questão: Discutir se os seguintes resultados concordam com o mecanismo geral proposto para a solvólise: H Me H OTs H Me OAc H Me H H OAc Me H OAc Me H + + Slide 16 I-A solvólise de C 6 H 5 -CH(CH 3 )-CH(CH 3 )OTs pelo ácido acético leva a 96% de racemização; solvólise pelo ácido fórmico leva a 99% de racemização. ii- As % de retenção de configuração de CH 3 CH*(OTs)CH 2 C 6 H 5 são: 7% em EtOH; 35% em AcOH; e 85% em HCO 2 H. iii- A seguir, os valores de k rel para a solvólise em CF 3 CO 2 H: CH 3 -CH 2 -OTs = 1 e C 6 H 5 -CH 2 -CH 2 -OTs = 3040 iv- A seguir, os valores de para a acetólise de: 4-G-C 6 H 4 CH 2 CH 2 OTs: GClHCH 3 CH 3 O k rel 0.31 11 30 Slide 17 O íon fenônio é um íon clássico: e, foi detectado por RMN como: O íon fenônio é um íon clássico: SbF 5 Cl -