SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA

UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA

EDUARDA MARIA DARÓS DAGOSTIM

SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA

Tubarão, 2012

INTRODUÇAO

Diferente de antigamente, na qual os compostos só podiam ser encontrados em seus estados naturais, hoje é possível obter muitos compostos através de reações orgânicas feitas no laboratório. Sendo, que é mais fácil sintetizar uma substância do que extrai-la de uma fonte natural. As reações orgânicas podem ser classificadas de diversas maneiras, porém podem ser divididas em três tipos: adição, substituição e eliminação. Onde, este trabalho consiste em estudar uma das mais úteis das reações orgânicas, que é a substituição nucleofílica. Apresentando como objetivo principal saber o que é uma reação de substituição nucleofílica, mostrar o seu mecanismo e conhecer suas etapas, e por fim, também será discutido aplicações desta reação.

REVISÃO BIBLIOGRAFICA

Os clássicos estudos desenvolvidos por Ingold e Hughes entre os anos de 1933 e 1946 contribuíram decisivamente para a compreensão do mecanismo das substituições nucleofílicas. A própria nomenclatura universalmente empregada para tal tipo de reações se deve a esses eméritos pesquisadores, considerados como os pais do campo moderno designado mecanismo de reações orgânicas.

A substituição nucleófila é característica dos haletos de alquila. Para vermos porquê, temos de examinar o grupo funcional desta família: o halogênio.

Um ião haleto é uma base extremamente fraca. Isto é revelado pela facilidade com que os haletos de hidrogênio cedem um hidrão a outra base, quer dizer, pela alta acididade dos haletos de hidrogênio. Nos haletos de alquila, o halogênio liga-se ao carbono exatamente como os haletos de hidrogênio cedem um hidrão, assim os haletos de alquila cedem carbono e igualmente a outras bases. Estas bases possuem um par de electrões não compartilhado e procuram fixar-se a um local relativamente positivo, ou seja, procuram um núcleo com que compartilhar o respectivo par eletrônico. Os reagentes básicos, ricos de electrões, que tendem a atacar o núcleo de carbono denominam-se reagentes nucleofilos. Quando este ataca resulta em substituição, a reação denomina-se substituição nucleofilica.

Nas reações de substituição nucleofílica, a ligação carbono halogênio do substrato passa por uma heterólise, e o par não compartilhado do nucleófilo é usado para formar uma nova ligação para o átomo de carbono:

Nucleófilo Heterólise aqui

Susbtituição nucleofilica de um haleto de alquila pelo íon hidróxido:

Exemplos:

HO + CH3 – Cl  CH3 – OH + Cl-

CH3O- + CH3CH2 – Br  CH3CH2 – OCH3 + Br-

I- + CH3CH2CH2 – Cl  CH3CH2CH2 – I + Cl-

De acordo com esse mecanismo, o nucleófilo aborda o carbono que o grupo retirante por trás, isto é, pelo lado diretamente oposto ao grupo retirante. À medida que a reação progride, a ligação entre o nucleófilo e o átomo de carbono se fortalece e a ligação entre o átomo de carbono e o grupo retirante enfraquece. Por fim, ocorre a quebra da ligação carbono grupo retirante e ocorre a formação da ligação carbono-nucleófilo. O mecanismo para esta reação é chamado de SN2, que significa que a reação depende tanto da concentração do substrato quanto do nucleófilo. Portanto, esta é uma reação bimolecular. Este mecanismo envolve apenas uma etapa, com formação de um estado de transição. Neste tipo de reação envolve a inversão da configuração do átomo de carbono. Se era R passa a ser S e vice-versa.

Reação SN2

No mecanismo SN2, o nucleófilo se aproxima do carbono contendo o grupo abandonador por trás, isto é, do lado diretamente oposto ao grupo abandonador. O orbital que contém o par de elétrons do nucleófilo começa a se superpor com um orbital vazio do átomo de carbono contendo o grupo abandonador. À medida que a reação progride, a ligação entre o nucleófilo e o átomo de carbono se fortalece, e a ligação entre o átomo de carbono e o grupo abandonador se enfraquece. Assim, o átomo de carbono tem a sua configuração virada de dentro para fora, ele torna-se invertido, e o grupo abandonador é puxado para fora.

O mecanismo Hughes – Ingold para a reação SN2 envolve apenas uma etapa. Não existem intermediários. A reação prossegue através da formação de um arranjo instável de átomos chamado estado de transição. O estado de transição é um arranjo transitório dos átomos no qual tanto o nucleófilo quanto o grupo abandonador estão parcialmente ligados ao átomo de carbono sofrendo a substituição.

Estereoquímica das reações SN2

Em uma reação SN2 o nucleófilo ataca por trás, isto é, pelo lado oposto ao grupo retirante. Esse modelo de ataque causa uma mudança na configuração do átomo de carbono que é o alvo do ataque nucleofílico. À medida que ocorre o deslocamento, a configuração do átomo de carbono sob ataque se inverte, de dentro para fora.

Com uma molécula cíclica, tal como cis-1-cloro-3-metil-ciclopentano

reage com o íon hidróxido, em uma reação SN2, o produto é o trans-3-metilciclopentanol .O íon hidróxido acaba se ligando ao lado do anel oposto ao cloro que ele substitui.

Reação SN1

Quando os íons hidróxido não participam no estado de transição da etapa que controla a velocidade da reação, e que apenas uma molécula é envolvida. Essa reação é chamada de unimolecular. Denominamos esse tipo de reação de SN1, substituição nucleofílica unimolecular. As reações SN1 são reações multietapas, onde existe uma etapa determinante da velocidade. Se uma reação acontece em uma série de etapas, e se uma etapa éintrinsecamente mais lenta que todas as demais, então a velocidade da reação