1. As reações de substituição nucleofílica SN1 e SN2 são descritas, assim como a influência de fatores como o substrato, nucleófilo, grupo de saída e solvente na cinética e mecanismo das reações. 2. São apresentados exemplos de reações de substituição em haletos de alquila primários, secundários e terciários, comparando a ocorrência de mecanismos SN e E. 3. A estereoquímica das reações SN1 e SN2 é explicada com exemplos de misturas de isômeros.

1. 3-Reações de Substituição Nucleofílica
SN1 - UNIMOLECULAR
CH3 CH3 CH3
Nu L-
CH3 L +
CH3 CH3
CH3 CH3 CH3
+ Nu Nu CH3
CH3
CH3
v = k [R-L]
Nu = OH, H2O RO-, ROH, HS-, NH2, Aminas, RCOO-, RCOOH, I-, CN-
L = X, OSO2OR, Ots
1

2. (CH3)3CCl + 2H2O (CH3)3COH + H3O+ + Cl-
CH3 CH3 CH3
H2O
CH3 Cl + Cl-
CH3 CH3
CH3 CH3 CH3
H
+ O H3C O
H H
CH3 H
H3C
CH3 CH3 H
H O
H3C O CH3 OH + H H
H O
H H CH3
H3C
2

3. Estereoquímica – SN1
CH3
CH3CH CH2CH3
CH2CH3 CH2CH3
CH3
C CH3 C
HO CH CH3 H3CCH OH
H3C CH3 CH3
O
H H
Mistura de Isomeros (R e S)
3

4. SN2 – BIMOLECULAR
H H H H
-
HO + H δ− δ−
Br HO Br HO H + Br-
H H H
Estado de Transição
v = k [R-X] [H2O]
4

5. CH3Cl OH 60ºC
CH3OH Cl
H2O
[CH3Cl] [-OH] V (inicial)
1 0,0010 1,0 4,9x 10-7
2 0,0020 1,0 9,8x 10-7
3 0,0010 2,0 9,8x 10-7
4 0,0020 2,0 19,6x 10-7
V= [CH3Cl].[-OH]
5

6. Estereoquímica – SN2
Cl
H3C Cl H3C H3C H
OH
H
H H H H OH
cis-1-Cloro-3-metilciclopentano
OH trans-metilciclopentanol
6

7. Principais Reações
NaOH ROH + NaX
H2O ROH + HX
RONa ROR + NaX
R-X R-C C RC CR
CN RCN
RCOO RCOOR
NHR2 RNR2
R-M R-R
7

8. Síntese de Williamson
CH3 CH3
DMSO H C C O CH
H3C C O-Na+ + H3C I 3 3 + NaI
CH3 CH3
DMSO
O-K+ CH3CH2Br O CH2 CH3 + KBr
O
HO CH2 CH2 Br + NaOH + NaBr
HO CH2 (CH2)n Br O
O O O
n = 1, 2, 3, 4
8

9. Reações dos Epóxidos
H2O
HO-CH2-CH2-OH
ROH
RO-CH2-CH2-OH
O
H+(Cat.) ArOH
ArO-CH2-CH2-OH
HX X-CH2-CH2-OH
RMgX H2O R-CH -CH -OH
R-CH2-CH2-OMgX 2 2
ROH + NaOH RO-+Na + H2O
RO- + RO-CH2-CH2-OH
9

10. SN2 H
H
O O CH3O
H+(Cat.) CH3OH CH3O OH
OH
O O H 2O CH3O
NaOH CH3O CH3O OH
O
SN1 H
O O H3C H3C H3C
H3C
+
H (Cat.) H3C OH OH OH
H3C OCH3 H3C OCH3
H3C
H3C CH3 H H
X
H3C
H
H3C OH
10

11. Reações com tióis
H3C CH3
CH + CH3CH2SH + NaOH CH3CH2S- + H2O + Na+
Br
H3C CH3
CH
CH3 Br
H3C C SCH2CH3
H
11

12. Reações com Alcinos
R C C H + NaNH2 R C C-Na+ + NH3
R C C H + CH3CH2CH2CH2Li R C C-Li+ + CH3CH2CH2CH3
NH3(liq)
H C C-Na+ + CH3CH2CH2CH2Br CH3CH2CH2CH2 C C H + NaBr
12

13. Fatores que influenciam as reações de SN
O SUBSTRATO
SN2 R-Br + Cl- R-Cl + Br-
H H H CH3 CH3
H C Br H3C C Br H3C C Br H3C C CH2 Br H3C C Br
H H CH3 CH3 CH3
Reatividade 2.000.000 40.000 500 1 <1
relativa
MAIS Reatividade com substrato MENOS
SN1
CH3 H CH2 H H
H3C C > H3C C ∼ ∼ H2C CH CH2 >HC
3 C >H C
CH3 CH3 H H
MAIS Estabilidade MENOS
13

14. O NUCLEÓFILO
SN2
R-Br + Nu- R-Nu + Br-
Reatividade HS- CN- I- CH3O- HO- Cl- NH3 H2O
relativa
125.000 125.000 100.000 25.000 16.000 1000 700 1
MAIS Reatividade como nucleófilo MENOS
SN1- A força do nucleófilo não é importante na deter-
minação da velocidade da reação
14

15. Basicidade Posição de equilíbrio entre um doador e um
ácido ( Afinidade por próton)
Nucleófilo Termo da velocidade da reação com o substrato.
CH3O- + H2O CH3OH + HO-
Basicidade
CH3S- + H2O CH3SH + HO-
O
lento
CH3O- + CH3O C O-
Nucleofilo
O
rápido
CH3S- + CH3S C O-
CH3COOH < H2O < CH3COO- < C6H5O- < HO- < CH3O-
FRACA BASE FORTE
PIOR NUCLEÓFILO MELHOR
Basicidade Basicidade
F- HO- -
NH2 I- Br- Cl- F-
Nucleofilo Nucleofilo 15

16. 16

17. GRUPO DE SAÍDA
Grupo de saída
CH3
R R R
- δ− δ− Nu CH3 -
Nu + R Y Nu Y + Y
R R CH3
Estado de Transição
CH3 CH3
CH3
SN2 e SN1
TosO- I- Br- Cl- F- HO- -
NH2 RO-
Reatividade 60.000 30.000 10.000 200 1 ~0
relativa
MAIS Reatividade com Grupo de saída MENOS
17

18. Aminas não podem sofrer reações de substituição pois
NH2– é uma base muito forte (um pobre grupo de saída)
RCH2F > RCH2OH > RCH2NH2
HF H2O NH3
pKa = 3.2 pKa = 15.7 pKa = 36
Protonação da amina não resolve o problema
CH3CH2NH3+ + OH- CH3CH2NH2 + H2O

19. O SOLVENTE
SN2
Solvente
CH3CH2CH2CH3Br + N3- CH3CH2CH2CH3N3 + Br-
Reatividade HMPA CH3CN DMF DMSO H 2O CH3OH
relativa
200.000 5000 2800 1300 7 1
MAIS Reatividade como solvente MENOS
H-OR O
H3C CH3
N P N
RO-H -
Nu H-OR H3C N CH3
H3C CH3
H-OR
19

20. SN1 Solvente
(CH3)3CCl + ROH (CH3)3COR + HCl
Reatividade H2O 80% EtOH/Aquoso 40% EtOH/Aquoso EtOH
relativa
100.000 14.000 100 1
MAIS Reatividade como solvente MENOS
H H H
H O
O H
H O H
H O
O C H
H
O H
H O
O H
H H H
20

21. 21

22. 22

23. Haletos vinílicos e haletos de arila não sofrem reações SN2
Cl Br
R
C C
H H
X
X Nu
Nu
Haletos vinílicos e haletos de arila não sofrem reações SN1
RCH CH Cl X RCH CH + Cl-
X + Br-
Br

24. Eliminação x Substituição
24

25. Eliminação x Substituição
Resumo das reações de Substituição e de Eliminação
Tipos de RX SN1 SN2 E1 E2
RCH2 X Não Ocorre Altamente Não Ocorre Ocorre com
(primário) favorecido Bases fortes
R2CHX Halogenetos Ocorre Halogenetos Favorecidos
(secundário) alilicos e competição alilicos e com bases
benzilicos c/ E2 benzilicos Fortes
R3X Favorecida Não Ocorre Ocorre Favorecidos
(terciário) c/ solventes competição com bases
hidroxílicos c/ SN1
Temperaturas altas favorecem as reações de Eliminação
25

26. Haletos de Alquila Primários
SN2 = RS-, I-, CN-, NH3 ou Br- /solv. apróticos
solv.
E2= Bases volumosas/ Solv. Próticos
Solv.
NaCN CN
THF-HMPA
Pentanonitrila (90%)
Br
1-Bromo-butano
(CH3)3COK
1-buteno (85%)
26

27. Haletos de Alquila Secundários
SN = Bases fracas / solventes apróticos
E = Bases fortes
O
O
-
CH3COO
Acetato de isopropila (100%)
Br
O
+
CH3CH2ONa
CH3CH2OH Etil-isopropiléter Propeno (80%)
(20%)
27

28. Haletos de Alquila Terciários
SN1= Bases fracas / solventes apróticos
E = Bases fortes
CH3CH2ONa O CH2CH3 +
CH3CH2OH
Etil-terc-butil-éter 2-metil-propeno
Br (3%) (97%)
CH3CH2OH O CH2CH3 +
Etil-terc-butil-éter 2-metil-propeno
(80%) (20%)
28