1. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Reações de substituição nucleofílica Mecanismos possíveis
Substratos
• Haletos de alquila;
• álcoois;
• Haletos de tosila
e mesila;
• Éteres;
• Epóxidos.
Substituição nucleofílica bimolecular – SN2
Cinética da reação
Velocidade da reação = K [BuBr] x [OH]
O que significa a equação de velocidade?

2. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Significado da equação de velocidade da reação SN2 Mecanismo SN2 – Inversão de configuração
Nucleófilo
An inversion of configuration
H 3C CH3 CH3
− δ+ δ− δ− δ−
HO C Br HO C Br HO C + Br−
H H
C6H13 HC H C6H13
• Átomos nucleofílicos iguais a basicidade acompanha a 6 13
nucleofilicidade. (R)-(–)-2-Bromo-octano (S)-(+)-2-Octanol
[α]D = –34.25° [α]D = +9.90°
Grupo de saída
• Quanto menos básico for o grupo de saída mais rápido
ocorre a reação

3. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Impedimento estérico na reação SN2 Variação estrutural na reação SN2
Haleto de alila – reage mais rápido que o de alquila
Estado de transição estabilizado pela conjugação
Haleto de benzila – reage mais rápido que o de alquila
Estado de transição estabilizado pela conjugação

4. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Variação estrutural na reação SN2
Compostos α-bromo carbonilados
Substituição nucleofílica unimolecular – SN1
Cinética da reação
Velocidade da reação = K [tBuBr]
O que significa a equação de velocidade?

5. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Estabilidade do carbocátion
A velocidade da reação depende do substrato
Mecanismo SN1 – Estabilidade do carbocátion
Hiperconjugação

6. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Estabilidade do cátion alílico e benzílico Cátion alila assimétrico forma dois produtos diferentes
Cátion alílico
Cátion alila quando simétrico forma um único produto
Exemplo

7. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Velocidades relativas de solvólise Rearranjo de carbocátion
Carbocátions estáveis para a reação SN1
Rearranjo do grupo metila
Rearranjo de hidrogênio

8. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Estereoquímica da reação SN1 Cl
H C
CH3OH H H racemização
C Br O H O
H3 C CH3
carbocátion solvatado simetricamente
Cl -H
H H
C OCH3 + H3CO C
Cl Cl
produto de mesma produto invertido
configuração
(50%)
(50%)
H
H3CO C
CH3
H H produto invertido (60%)
CH3OH C -H
C Br H Br
O CH3
H 3C H
H 3C
C OCH3
carbocátion solvatado assimetricamente H 3C
produto de mesma (40%)
configuração
A racemização depende da estabilidade do carbocátion

9. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Velocidade de reação x Estrutura do substrato
Estrutura do substrato x tipo de reação

10. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Fatores que afetam as reações SN1 e SN2 Efeito do solvente
Efeito do solvente
SN1 Solvente polar prótico
CH3 CH3
60OC
H3C C-Cl + H2O H3C C-OH + HCl
CH3 CH3
O
CH3 CH3 H H H
H3C C Cl H3C C O + O O
H H Cl H H
CH3 CH3 H
H
O
H
SOLVENTE CONSTANTE VELOCIDADE
DIELÉTRICA RELATIVA
Água 78 8000
Metanol 33 1000
Etanol 24 200
Acetona 21 1
Éter etílico 4,3 0,001
Hexano 2,0 < 0,0001

11. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Efeito do solvente Nucleófilo neutro - solvente polar aprótico
SN2 Depende do nucleófilo
Estado de transição menos polar do que na reação via SN1
O O O
CH3
Nucleófilo aniônico (H3C)2N P N(CH3)2
H3C S CH3 CH3C N
solvente de média polaridade e aprótico CH3 N(CH3)2
Nucleofilicidade relativa - basicidade
I– > Br– > Cl– > F–
Solvente polar prótico
Nucleofilicidade relativa - polarizabilidade
-SH > -CN > -I > -OH > -NH2 > -Br > -Cl > -F

12. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Força do nucleófilo
• Uma espécie com carga negativa é um
nucleófilo mais forte do que uma espécie
neutra. Em geral uma base é um nucleófilo
mais forte do que o seu ácido conjugado.
-:OH > H2O -:SH > H2S -:NH2 >NH3
• Nucleófilos com o mesmo átomo nucleofílico, a
nucleofilicidade acompanha a basicidade.
• Nucleófilos com átomos nucleofílicos diferentes os
fatores principais são, atração eletrostática e
principalmente a energia de interação dos orbitais
homo e lumo.
Nucleofilicidade

13. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Energia de interação dos orbitais homo e lumo Nucleofilicidade e impedimento estérico
Nucleofilicidade
Grupos de saída
Grupos neutros ou bases fracas são bons grupos de saída

14. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Grupo de saída – substituição nucleofílica em álcoois
Base forte
O grupo tosil é um excelente grupo de saída
Efeito do nucleófilo e do grupo de saída

15. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Álcoois como eletrófilos Éteres como eletrófilos – clivagem ácida
Mecanismo via SN1- álcoois terciários e secundários
Mecanismo SN2 com o meio fortemente ácido
Síntese de Williamson
Mecanismo via SN2 – álcoois secundários
Intramolecular

16. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Síntese Williamson intramolecular (estereoespecífica)
Não reage
Epóxidos assimétricos
Catálise ácida
Não reage
Epóxidos como eletrófilos
Catálise básica

17. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
Participação do grupo vizinho na reação de substituição A estereoquímica indica a participação do grupo vizinho
Assistência anquimérica – acelera a reação
Reage com nucleófilos 106 vezes mais rápido
Reage com nucleófilos 600 vezes mais rápido

18. Química Orgânica Substituição nucleofílica em carbono saturado Prof.: Sandro J. Greco
A estereoquímica indica a participação do grupo vizinho
Segunda inversão de configuração = retenção total
Participação do grupo aril
A retenção de configuração indica a assistência anquimérica
retenç configuraç anquimé
Baixa concentração de -OH
Participação do grupo vizinho O íon fenônio é simétrico