Mecanismos de reação sn1 e sn2

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Mecanismos de reação sn1 e sn2

  1. 1. PROFESSORA : ADRIANNE MENDONÇA
  2. 2. Entenda um pouco mais sobre estes mecanismos e, talvez, perceba que todos os outros seguem uma lógica similar.
  3. 3. SN2: Substituição nucleofílica bimolecularDe uma forma geral, quando um nucleófilo encontra um haleto de alquila ele pode fazer duas coisas:
  4. 4. Atacar o carbono diretamente e deslocar o íon haleto, ou atuar como uma base, induzindo a de-hidro- halogenação do haleto de alquila e produzir um alceno. O último caso,refere-se à eliminação bimolecular (E2). O primeiro, à substituição nucleofílica bimolecular - SN2.
  5. 5. Mas a pergunta é: por quê cargas dágua iria um nucleófilo atacar um carbono?! A resposta está no simples fato de quecargas opostas se atraem. Um nucleófilo é uma espécie química que é atraída por cargas positivas - algumas vezes, chega a possuir, de fato, carga negativa.
  6. 6. Como o grupo de saída ligado ao carbono que irá sofrer o ataque do nucleófilo invariavelmente saca elétrons docarbono, deixa-o com uma carga parcialmente positiva - um forte candidato para a substituição nucleofílica.
  7. 7. O ataque do nucleófilo sempre é ao longo do eixo de ligação C-X - o caminho de menos energia para a reação. Uma das principaiscaracterísticas da SN2 é que o processo provoca uma inversão da configuração do átomo de carbono ligado ao grupo de saída.
  8. 8. A inversão da estereoquímica em átomos de carbonos assimétricos durante uma reação SN2 é um forte indício de que a reação passapor um mecanismo concertado, envolvendo a formação de um estado de transição onde o átomo de carbono faz "5 ligações"! Na verdade, existe a formação de duas ligações parciais (Nu-C e C-X).
  9. 9. Outro detalhe importante nesta reaçãoé que não se observa a formação de um intermediário iônico. Como consequência, nos casos onde, via SN1, o haleto de alquila formasse um carbocátion primário - altamente instável - as reações parecem optar pelo mecanismo SN2.
  10. 10. Em solventes menos polares, também, onde o carbocátion do SN1 é pouco estável, a reaçãoocorre preferencialmente via SN2.
  11. 11. Efeitos que influenciam o mecanismos SN2 Os solventes próticos, com grupos N-H ou O-H, não são favoráveis ao mecanismo SN2, pois estabilizam onucleófilo. Para satisfazer este mecanismo, o ideal é o uso de solventes polares apróticos, que, embora não establizem tanto o nucleófilo, podem estabilizar o grupo de saída, deslocando o equilíbrio para a direita.
  12. 12. Nucleofilicidade não é sinônimo debasicidade: é a velocidade de ataque de um nucleófilo sobre um carbono eletrófilo. Por exemplo: o t-butóxido é uma base forte mas um péssimo nucleófilo, devido a impedimentos estéricos ao ataque.
  13. 13. Para favorecer o mecanismo SN2, o nucleófilo deve ser forte ou moderado. Nucleófilos bons: MetO-, HO-, I-, CN- Nucleófilos ruins: MetOH, H2O, F-, HCN
  14. 14. O grupo de saída é extremamente importante nestemecanismo. Um bom grupo de saída deve possuir um ânion estável após deixar o carbono.
  15. 15. Os haletos são excelentes grupos de saída, por que eles atendem aos principais requisitos: 1. capacidade de sacar elétrons do carbono 2. não ser uma base forte ao deixar o C
  16. 16. 3. ser polarizável (para estabilizar o estado de transição)Os haletos atendem a estes critérios, mas um dos melhores grupos de saída é o tosilato (um tioéster) que, devido à ressonância do anel, possui um ânion muito estável.
  17. 17. SN1: Substituição nucleofílica unimolecularOs produtos de uma reação SN1 são similares aos da reação SN2, mas o mecanismo é completamente diferente.
  18. 18. Nesta reação, não ocorre inversão do configuração do carbono eletrófilo, e pode acontecer rearranjos do carbocátion: neste mecanismo, há a formação de um intermediário iônico.
  19. 19. Embora a velocidade da reação dependada concentração do substrato, a alteração da concentração do nucleófilo não tem qualquer efeito na velocidade da reação. Isto significa que a etapa limitante não envolve a participação do nucleófilo. Neste mecanismo, a velocidade segue a seguinte lei: v=k.[substrato].
  20. 20. Como o nucleófilo não participa da etapa limitante davelocidade, a nucleofilicidade do nucleófilo não tem efeitosobre a reação: isto significa que nucleófilos pobres, como água e álcoois, podem reagir via SN1.
  21. 21. Esta reação envolve a formação de um carbocátion na etapa determinante da velocidade.
  22. 22. Neste caso, podem ocorrer rearranjos na estrutura docarbocátion - como a migração de um grupo metila ou de um próton ligados aos carbonos adjacentes - no sentido da formação do carbocátion mais estável.
  23. 23. Por isso, a estrutura do produto nem sempre se assemelha a do substrato de partida.
  24. 24. E1: Eliminação de primeira ordemA reação de eliminação que ocorre pelo mecanismo E1 passa por uma etapa inicial com a formação deum carbocátion. Esta é a etapa lenta, que envolve o desprendimento do grupo de saída.
  25. 25. A etapa seguinte é o ataque do nucleófilo - mas não sobre o carbono e sim sobre um átomo de hidrogênio (próton) ligado ao carbono adjacente. O resultado é a produção de dois carbonos sp2, ou seja, a formação de uma ligação dupla.
  26. 26. A velocidade da reação depende somente da etapa lenta -não é influenciada pela concentração do nucleófilo. A lei da velocidade, então, é v=k.[substrato].
  27. 27. O solvente ideal para uma reação acontecer via SN1 é um que estabilize o ânion liberado e também o carbocátion formado. O substrato deve ser um carbono altamente substituído: carbonos primários e haletos de metila não reagem via E1.
  28. 28. O substrato deve ter um bom grupo de saída, como haletosou tosilato. A natureza do base não é muito importante, pois esta não participa da etapa lenta.
  29. 29. Como a reação ocorre via formação de um carbocátion,podem ocorrer rearranjos, assim como no caso das reações SN1, no sentido da formação do carbocátion mais estável.
  30. 30. E2: Eliminação de segunda ordemO termo E2 significa "EliminaçãoBimolecular", ou "Eliminação de segunda ordem".
  31. 31. Como em qualquer reação de eliminação, o produto tem umgrau a mais de insaturação que o substrato de partida. A de- hidro-halogenação de um haleto de alquila, por exemplo, produz um alceno.
  32. 32. Em contraste às reações E1, as reações E2 são promovidas por uma base forte: a base é vital para a reação, e está diretamente envolvida na etapa determinante da velocidade. Como a reação é bimolecular, envolve uma cinética de segunda ordem, isto é, duas moléculas precisam colidir para que a reação ocorra.
  33. 33. A lei da velocidade para uma reação via E2 é v=k.[substrato]. [base]. Como mostra o mecanismo, os átomos H e X precisam estar em carbonos adjacentes, e o ataque da base sempre é antiperiplanar.
  34. 34. A polaridade do solvente não é muito importante. Tal como na reação E1, o substrato deve ser altamente substituído.
  35. 35. Como E2 não passa pela formação de intermediário iônico (carbocátion), não ocorrem rearranjos na estrutura do substrato. Este deve possuir um bom grupo de saída.
  36. 36. Esta reação provoca o surgimento de umaestereoquímica preferencial: se os gruposR ligados ao carbono que possui o grupo Xforem diferentes, assim como os grupos R ligados ao carbono que irá perder ohidrogênio, existe apenas uma orientação possível.
  37. 37. Na qual o hidrogênio e o grupo X estão em posiçãoantiperiplanar. Isto pode levar à formação de apenas isômeros R ou S do alceno. Fonte: QMCWEB

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