1. El documento describe las reacciones de sustitución nucleofílica y eliminación de halogenuros de alquilo. 2. Los halogenuros de alquilo pueden reaccionar mediante mecanismos SN1, SN2 o E1 dependiendo de la estructura del sustrato, la fuerza del nucleófilo y las condiciones de la reacción. 3. Las reacciones SN1 involucran la formación de un carbocatión intermedio mientras que las SN2 ocurren en una sola etapa a través de un estado de transición.

1. 1
HALOGENUROS DE ALQUILO
Reacciones de Sustitución
Nucleofílica y de Eliminación
CLASES DE HALOGENUROS
• Alquilo: El halógeno, X, está directamente
unido al carbono sp3 .
• Vinilo: X está unido a un carbono sp2 .
• Arilo: X está unido a un carbono sp2 sobre un
anillo bencénico.
C
H
H
H
C
H
H
Br
alkyl halide
C C
H
H
H
Cl
vinyl halide
I
aryl halide
Clases de Halogenuros de Alquilo
• Haluros de metilo: sólo un C, CH3X
• Primario: el C al cual está unido X tiene
sólo un enlace C-C.
• Secundario: el C al cual está unido X tiene
dos enlaces C-C.
• Terciario: el C al cual está unido X tiene
tres enlaces C-C.
Dihalogenuros
• Geminal: dos átomos de halógenos están
unidos al mismo carbono.
• Vecinal: dos átomos de halógenos están
unidos a carbonos adyacentes.
C
H
H
H
C
H
B r
B r
geminal dihalide
C
H
H
Br
C
H
H
Br
vicinal dihalide
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

2. 2
Nomenclatura IUPAC
• Se nombre como haloalcano.
• Se elige la cadena carbonada más larga, aún si
el halógeno no está unido a esa cadena.
• Emplear el menor número posible para su
posición.
CH3 CH CH2CH3
Cl CH3(CH2)2CH(CH2)2CH3
CH2CH2Br
2-clorobutano 4-(2-bromoetil) heptano
Nombres comunes sistemáticos
• Se nombra como halogenuro de alquilo.
• Se emplea sólo para cadenas de alquilo
pequeñas.
CH3 CH CH2CH3
Cl
(CH3)3CBr
CH3 CH
CH3
CH2F
Cloruro de sec-butilo
Bromuro de ter-butilo
Fluoruro de iso-butilo
Nombre “Triviales”
• CH2X2 es llamado halogenuro de metileno
• CHX3 es un haloformo.
• CX4 es un tetrahalogenuro de carbono
• Ejemplos:
CH2Cl2 es cloruro de metileno
CHCl3 es cloroformo
CCl4 es tetracloruro de carbono
Usos de los halogenuros de alquilo
• Solventes - degrengrasantes y para “limpieza en
seco”
• Reactivos para síntesis de otros compuestos
• Anestésicos: Haloetanos (CF3CHClBr)
CHCl3 empleado originalmente (tóxico y cancerígeno)
• Freones, cloroflúorcarbonos
Freon 12, CF2Cl2, ahora reemplazado con Freon 22,
CF2CHCl, no tan agresivo para la capa de ozono.
• Pesticidas - DDT (actualmente prohibido)
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

3. 3
Momento Dipolar
•  = 4.8 x  x d, donde  es la carga (proporcional
a EN) y d es la distancia (longitud de enlace) en
Angstroms.
• Electronegatividades: F > Cl > Br > I
• Long. enlace: C-F < C-Cl < C-Br < C-I
• Dipolos del enlace: C-Cl > C-F > C-Br > C-I
1.56 D 1.51 D 1.48 D 1.29 D
• El momento dipolar de una molécula depende
también de su forma tridimensional !!
Polaridad y Reactividad
• Los Halógenos son más electronegativos que el
Carbono.
• El enlace Carbono-Halógeno es polar, luego el
carbono tiene carga parcial positiva.
• El Carbono puede ser atacado por un nucleófilo.
• El Halógeno puede irse con el par electrónico.
C
H
H
H
Br
+ -
Preparación de RX
• Halogenación por radicales libres
produce mezclas, no es buena para la síntesis en
laboratorio
a menos que: todos los H’s sean equivalentes, ó
que la halogenación sea muy selectiva
Halogenación de alcanos
+ HBr
H
Br
hBr2+
H
H
90%
+ HBrCH3 C
CH3
CH3
Br
h
Br2+CH3 C
CH3
CH3
H
• Todos los H’s equivalentes. Poca cantidad de
halógeno para restringir la formación de di o tri
halogenuros
• Altamente selectiva: bromación a 3 C
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

4. 4
Reacciones de sustitución
• El átomo de halógeno del halogenuro de alquilo
es reemplazado por otro grupo
• Puesto que el halógeno es un átomo más
electronegativo que el carbono, el enlace C-X se
rompe heterolíticamente y se desprende X-
• El grupo que reemplaza al X- es un nucleófilo
C C
H X
+ Nuc:
-
C C
H Nuc
+ X:
-
Reacciones de eliminación
• El halogenuro de alquilo pierde al halógeno
como halogenuro, y la base “arranca” un H+
sobre un carbono adyacente.
• Se forma un enlace  . El producto es un
alqueno.
• A esta reacción también se la denomina
deshidrohalogenacion (se elimina HX).
C C
H X
+ B:
-
+ X:
-
+ HBC C
Mecanismo SN2
EVIDENCIAS EXPERIMENTALES
• La velocidad de reacción depende de la
concentración de RX (sustrato) y de nucleófilo.
v = k.[RX].[nucleófilo]
• Para un dado nucleófilo, la velocidad de
reacción decrece con el tamaño del RX.
• En presencia de carbonos quirales, ocurre
inversión de la configuración (Walden).
C
H
Br
H
H
H O CHO Br
H
HH
CHO
H
H
H
+ Br
-
CONCEPTO DE PASO DETERMINANTE
DE LA VELOCIDAD DE REACCION
60”
a) 50”
b) 20”
c) 10”
t ?
Servirse
el café Pagar Salida
La velocidad global de un proceso
siempre es igual a la velocidad
del paso más lento (controlante)
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

5. 5
SN2 : Diagrama de Energía
• Reacción en una etapa.
• El estado de transición es el de mayor energía.
Usos de las reacciones SN2
• Síntesis de otras familias de compuestos.
• Reacción de intercambio de halógeno.
Nucleophile Product Class of Product
R-X + I
-  R-I akyl halide
R-X + OH
-  R-OH alcohol
R-X +
-
OR'  R-OR' ether
R-X +
-
SH  R-SH thiol
R-X +
-
SR'  R-SR' thioether
R-X + NH3  R-NH3
+
X
- amine salt
R-X + N3
-  R- N3 azide
R-X +
-
CC-R'  R-CC-R' alkyne
R-X +
-
CN  R-CN nitrile
R-X + R-COO
-  R-COO-R' ester
SN2: Fuerza del nucleófilo
•Nucleófilos fuertes reaccionan más rápido.
(la nucleofília es una medida de cuan rápido es
atacado un C deficiente en electrones).
Tendencias en la fuerza del
nucleófilo
• Entre un par ácido-base conjugada, la base
es más fuerte:
OH- > H2O NH2
- > NH3
• La nucleofilia decrece de izquierda a
derecha en la Tabla Periódica
OH- > F- NH3 > H2O
• Se incrementa hacia abajo en la Tabla
Periódica, ya que a mayor tamaño la
polarizabilidad aumenta
I- > Br- > Cl-
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

6. 6
Efecto de la polarizabilidad Nucleofilos voluminosos
Estericamente impedidos para atacar al
carbono, por lo tanto, nucleófilos muy
débiles.
CH 3 CH 2 O
ethoxide (unhindered)
weaker base, but stronger nucleophile
C
CH3
H3C
CH3
O
t-butoxide (hindered)
stronger base, but weaker nucleophile
etóxido
terbutóxido
Efectos del solvente
Solventes polares próticos (O-H o N-H) reducen
la fuerza del nucleófilo. Los puentes de
hidrógeno deben ser rotos antes de que el
nucleófilo ataque al carbono
Efectos del solvente
• Los solventes polares apróticos (ni O-H ni N-H) no
forman enlaces de hidrógeno con el nucleófilo.
• Ejemplos:
CH3 C N
acetonitrile C
O
H3C CH3
acetonedimethylformamide
(DMF)
C
H
O
N
CH3
CH3
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

7. 7
SN2: Reactividad del sustrato
• El carbono debe estar parcialmente positivo.
• Debe tener un buen grupo saliente.
• El carbono no debe estar estéricamente
impedido.
Estructura del sustrato
•Velocidades relativas para la SN2:
CH3X > 1° > 2° >> 3°
• Los halogenuros terciarios no reaccionan via
SN2 debido a impedimento estérico
Habilidad del grupo saliente
• Atractor de electrones (-I).
• Estable una vez que se ha “despegado” del
carbono (no una base fuerte).
Estereoquímica de la SN2
• Siempre transcurre con inversión de la
configuración (inversión de Walden), apreciable
sólo si el ataque se produce sobre un carbono
que es quiral.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

8. 8
Mecanismo SN1
EVIDENCIAS EXPERIMENTALES
• La velocidad de reacción depende sólo de la
concentración de RX (sustrato) (no del nucleófilo).
v = k.[RX]
• Para un dado nucleófilo, la velocidad de
reacción aumenta con la complejidad del RX.
• En presencia de carbonos quirales, ocurre
una racemización.
Mecanismo SN1
Formación del carbocation (etapa lenta)
(CH3)3C Br (CH3)3C
+
+ Br
-
Mecanismo SN1
• Ataque del nucleófilo
(CH3)3C
+
+ H O H (CH3)3C O H
H
(CH3)3C O H
H
H O H+ (CH3)3C O H + H3O
+
• Pérdida de H+ (en caso de ser necesaria)
SN1 : Diagrama de Energía
• La formación del
carbocatión es
endotérmica (paso
lento).
• El ataque del
nucleofilo sobre el
carbocatión es el
paso rápido.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

9. 9
Velocidades de la reacción SN1
• 3° > 2° > 1° >> CH3X
El orden de velocidad sigue el orden de estabilidad de
carbocationes (y es opuesto a las SN2)
El ion más estable requiere menos energía para su formación.
• A mejor grupo saliente, más rápida la reacción (igual
que las SN2)
• Los solventes polares próticos son los mejores ya que
solvatan a los iones a través de puentes de hidrógeno.
Estereoquímica de la SN1
Racemización:
inversion y retención de la configuración
=>
Transposiciones
• Los carbocationes pueden transponerse
UNICAMENTE para formar un carbocatión
más estable.
• Migración de hidruros: movimiento de H-
desde carbonos adyacentes al C+.
• Migración de metilos o fenilos: movimiento
desde carbonos adyacentes al C+ sólo si no
hay H’s disponibles.
Transposición de hidruro
CH3 C
Br
H
C
H
CH3
CH3
CH3 C
H
C
H
CH3
CH3
CH3 C
H
C
H
CH3
CH3
CH3 C
H
C
CH3
CH3
H
CH3 C
H
C
CH3
CH3
H
Nuc
CH3 C
H
C
CH3
CH3
H Nuc
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

10. 10
Transposición de metilo
CH3 C
Br
H
C
CH3
CH3
CH3
CH3 C
H
C
CH3
CH3
CH3
CH3 C
H
C
CH3
CH3
CH3
CH3 C
H
C
CH3
CH3
CH3
CH3 C
H
C
CH3
CH3
CH3
Nuc
CH3 C
H
C
CH3
CH3
CH3 Nuc
SN2 o SN1?
• Primario o metilo
• Nucleófilo fuerte
• Solvente polar aprótico
• v = k.[sustrato].[Nuc]
• Inversion en carbono
quiral
• Sin transposición
• Terciarios
• Nucleofilos débil (puede
ser el solvente)
• Solvente polar prótico
• v = k.[sustrato]
• Racemización de
compuestos ópticamente
activos
• Productos de
transposición
Reacción E1
• Eliminación unimolecular
• v=k.[sustrato]
• Se pierden dos grupos (generalmente X- y
H+)
• El nucleófilo actúa como base
• También da productos SN1 (mezcla)
Mecanismo E1
• Se pierde halogenuro y se forma el
carbocatión.
• La base remueve un H+ desde un carbono
adyacente.
• Se forma un enlace .
H C
H
H
C
CH3
CH3
Br
C
H
H
H
C CH3
CH3
O
H
H
C
H
H
H
C CH3
CH3
C C
H
CH3
CH3
H
+ H 3O
+
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

11. 11
Mecanismo E1
O
H
H
C
H
H
H
C CH3
CH3
C C
H
CH3
CH3
H
+ H 3O
+
E1 : Diagrama de energía
• Nota: el primer paso es el mismo de la SN1
Reacción E2
• Eliminación bimolecular
• v = k.[sustrato].[base]
• Requiere una base fuerte
• La salida del halogenuro y la abstracción del
protón ocurren simultáneamente - sin
intermediario.
H C
H
H
C
CH3
CH3
Br
C C
H
CH3
CH3
H
O
H
+ H2O Br
-
+
Regla de Saytzeff
• Si hay más de un producto de eliminación posible, el
alqueno más sustituído es el mayoritario (más
estable).
• R2C=CR2>R2C=CHR>RHC=CHR>H2C=CHR
tetra > tri > di > mono
C C
Br
H
C
H
CH3
H
H
H
CH3
OH
-
C C
H
H
C
H H
CH3
CH3
C
H
H
H
C
H
C
CH3
CH3
+
minoritario mayoritario
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

12. 12
Regla de Hoffman
• Si hay más de un producto de eliminación posible, el
alqueno menos sustituído es el mayoritario (menos
estable).
• Ocurre sólo en presencia de bases muy
voluminosas, que no pueden acceder a los H+ más
fáciles de eliminar
C C
Br
H
C
H
CH3
H
H
H
CH3
OH
-
C C
H
H
C
H H
CH3
CH3
C
H
H
H
C
H
C
CH3
CH3
+
mayoritario minoritario
terbutóxido
Estereoquímica de la E2
E1 ó E2?
• Terciario > Secundario
• Base débil
• Solvente ionizante
• v = k.[sustrato]
• Producto Saytzeff
• No requiere de geometría
específica
• Productos transpuestos
• Terciario > Secundario
• Base fuerte
• Polaridad del solvente no
importante
• v = k.[sustrato][base]
• Producto Saytzeff
• Grupos salientes en anti.
• No hay transposiciones
Sustitución o Eliminacion?
• La fuerza del nucleófilo determina el orden:
SN2 or E2.
• Halogenuros primarios generalmente van
por SN2.
• Halogenuros terciarios dan mezcla de SN1,
E1 or E2
• Alta temperatura favorece eliminación.
• Bases voluminosas favorecen eliminación.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

13. 13
Halogenuros Secundarios?
Son frecuentes las mezclas de productos.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)