DERIVADOS HALOGENADOS PARTE I

REACCIONES SN1 Y SN2

DRA. ALEJANDRA SALERNO

CATEDRA DE QUIMICA ORGANICA 1

CURSO 2015

ESTRUCTURA Y CLASIFICACION

R Xhalogenuro (grupo funcional)

alquilo/ arilo

R C X

H

H

primario

R C X

H

R

secundario

R C X

R

R

terciario

H2C=HC C X

H

H

alílico primario

H2C=HC C X

H

R

alílico secundario

H2C=HC C X

R

R

alílico terciario

CH2=C X

H

vinílico

X

nuclear

CH2X

bencílico primario

REACTIVIDAD

unión polar

sustitución

eliminación

Sustitución vs eliminación

Depende de:

- estructura del derivado halogenado

- poder nucleofílico del reactivo

- solvente

R CH2 CH2 X + Nu-

R CH2 CH2 Nu

R CH CH2

sustitución

Eliminacióngruposaliente

reactivonucleofílico

SUSTITUCIONES NUCLEOFÍLICAS ALIFÁTICAS

Dos mecanismos altenativos

nucleófilo Producto de

sustitución

1- el nucleófilo es atraído por el

centro deficiente de e- mientras se

forma el enlace Nu-C se rompe el

enlace C-X (heterolítico)

2- el enlace C-X se rompe en forma

heterolítica y se forma un

carbocatión el que reacciona con el

nucleófilo

Producto de

sustitución

Un paso

Dos pasos

Dos mecanismos probables SN1

SN2

dos pasos

un paso (concertada)

Competitivamente a las reacciones de sustitución se dan reacciones de eliminación

El mecanismo que predomina depende de:

Estructura del derivado halogenado

Reactividad del nucleofilo

Concentracion del nucleofilo

Disolvente utilizado

SN2 Sustitución nucleofílica bimolecular

bromometano metanol

v = k [RX] [Nu] reacción de segundo orden

SN2 sustitución

nucleofílica

bimolecular : en el paso limitante

de la velocidad intervienen

dos moléculas

Evidencias experimentales del mecanismo de reacción:

1- La velocidad depende de la concentración del RX y del reactivo nuclefílico

2- A medida que el RX es más sustituído la velocidad disminuye

3- Si el halógeno está unido a un carbono asimétrico la configuración del centro

estereogénico se invierte respecto a la del RX

buen Nu-

Mecanismo propuesto:

estado de transición

-Las dos especies intervienen en el estado de transición, la velocidad depende

de la concentración de ambas (primera evidencia)

-El nucleófilo se acerca al carbono por el lado opuesto al que se encuentra el halógeno,

al aumentar la sustutución del derivado halogenado impide el acercamiento

por impedimento estérico (segunda evidencia)

Reactividad relativa de los RX en reacciones SN2:

halogenuro de > primarios > secundarios > terciarios > vinílicos y nucleares

metilo

Velocidad relativa de reacción para varios halogenuros de alquilo

Halogenuro de alquilo Tipo de halogenuro de alquilo Velocidad relativa

metilico

primario

primario

secundario

terciario Muy lenta para medir

el impedimento estérico aumenta la energía del ET y disminuye la velocidad

progreso de la reacción progreso de la reacción

energ

ía lib

re

energ

ía lib

re

no impedido Impedimento

estérico

Inversión de la configuración (tercera evidencia). Inversión de Walden

tres uniones en el mismo plano

ET

carbono pentacoordinado

La configuración del producto se encuentra

invertida respecto a la del sustrato

(R) 2-butano (S) 2-butanol

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SN2

-Grupo saliente

-Nucleófilo (poder nucleofílico y efectos estéricos)

-Solvente

Grupo saliente: son especies con carga negativa, será mejor grupo saliente el que

pueda estabilizar mejor la carga. Relación inversa con la basicidad.

rapidez relativa de reacción

Las bases débiles son más estables que las bases fuertes y mejores grupos salientes

F- Cl- Br- I-

Grupo VII diferencia de tamaño

A mayor tamaño mayor estabilidad de la base,

la carga se distribuye en un mayor volumen

peor grupo

saliente

mejor grupo

saliente

Reactividad relativa según el halógeno (grupo saliente):

RI > RBr > RCl > RF

Reactividad relativa según la fuerza del enlace C-X

Longitudes y fuerzas de los enlaces C-H

Interacción

de orbitales Longitud

de enlace

Fuerza de enlace

2sp3 -2sp3

2sp3 -3sp3

2sp3 -4sp3

2sp3 -5sp3

Nucleófilos

Nucleofilicidad: es la medida de la facilidad con la que el compuesto puede atacar

un centro deficiente de electrones. Se mide como velocidad.

Basicidad: es la medida en que el compuesto comparte un par de electrones con

un H+. Se mide como equilibrio (acido-base)

En general la basicidad y la nucleofilicidad son paralelas. Una especie con carga

negativa es más básica y también mejor nucleófilo

Nucleófilos más reactivos- buenos nucleófilos- nucleófilos fuertes:

CH3S- metanotiolato

CH3O- metóxido

SH- hidrosulfuro

OH- hidróxido

Cl- cloruro

C- acetiluroHC

N- cianuroHC

NH3 amoníaco

H- hidruro

CH3 C O- acetato

O

Nucleófilos menos reactivos- malos nucleófilos- nucleófilos débiles:

H2O ROH alcoholes

Efectos estéricos y nucleofilicidad

Ion etóxido

Ion terc-butóxido

Mejor nucleófilo

Base más débil

(el etanol es más ácido que el terc-butanol)

Base más fuerte

Peor nucleófilo por impedimento estérico

de aproximación al sustrato

Solvente

Para las reacciones SN2 los peores solventes son los polares próticos ya que

solvatan al nucleófilo (anión) disminuyendo la capacidad nucleofílica

Nu- …. ….

anión solvatado

Para las reacciones SN2 los mejores solventes son los polares apróticos ya

que no forman puentes de hidrógeno y no solvatan aniones sinó cationes

La d+ no está

muy accesible

N,N-dimetilformamida

DMF

Dimetilsulfóxido

DMSO

DMSO puede solvatar cationes

mas que aniones

RESUMEN DE SN2

SUSTRATO RX 1° > 2° > 3° > vinílicos, nucleares

GRUPO SALIENTE I > Br > Cl > F

NUCLEOFILOS buenos nucleófilos, fuertes

ESTEREOQUÍMICA inversión de configuracion

SOLVENTE polar aprótico

CINETICA v = [Nu] [RX] 2° orden bimolecular

MECANISMO 1 paso CONCERTADO (ET)

UTILIDAD SINTETICA DE LA REACCION SN2

alcohol

tiol

éter

tioéter

amina primaria

alquino

nitrilo

SN1 Sustitución nucleofílica unimolecular

H3C C X

CH3

CH3

+ H2O H3C C OH

CH3

CH3

+ HX

2-bromo-2-metilpropano 2-metil-2-propanol

Rapidez relativa de reacciones SN1 para varios bromuros de alquilo

(solvente agua, nucleófilo agua)

Bromuro de alquilo Tipo de bromuro de alquilo rapidez relativa

terciario

secundario

primario

primario

v = k [RX] Reacción de primer orden

SN1 sustitución

nucleofílica

unimolecular : en el paso limitante

de la velocidad interviene

una sola especie

Evidencias experimentales del mecanismo de reacción:

1- La velocidad depende solamente de la concentración del RX

2- A medida que el RX es más sustituido la velocidad aumenta

3- Si el halógeno está unido a un carbono asimétrico se obtienen productos con

retención e inversión de la configuración

Mecanismo propuesto

ruptura de la unión C-Br

ataque nucleofílico al carbocatión

transferencia del protón

lento rápido rápido

progreso de la reacción

en

erg

ía lib

re

paso determinante

de la velocidad carbocatión

intemediario

- El derivado halogenado es el único que participa en el etapa lenta de la

reacción (primera evidencia)

-El mecanismo plantea la formación de un carbocatión intermediario según

la estabilidad del intermediario la velocidad aumenta con la mayor sustitución

del mismo (segunda evidencia)

Reactividad relativa de los RX en reacciones SN1:

RX 3° > RX 2° > RX 1° > RX vinilicos, nucleares

Becílicos 2° bencílicos 1° ( no reaccionan)

Alílicos 2° alílicos 1°

Carbocationes bencílicos y alílicos se estabilizan por resonancia:

Se obtienen dos isómeros estructurales

CH2Cl

+ H2O

CH2+ CH2

+

CH2

+

CH2

+

CH2OH

alcohol

bencílico

Deriv. halog. alilico primario

Deriv. halog. bencílico primario

Tercera evidencia: estereoquímica de la reacción:

(S) 2-bromobutano (R) 2-butanol (S) 2-butanol

Inversion de

configuración

Retención de

configuración

Igual configuración

que el sustrato Configuración invertida

respecto al sustrato

Se obtiene un pequeño exceso del producto de inversión de configuración

Es una recemización parcial: racemización + inversión por formación de un par iónico

par ionico

solvente

iones

disociados

Grupo saliente: igual que en la SN2

Reactividad relativa según el halógeno:

RI > RBr > RCl > RF

Nucleófilo y solvente:

En general en las SN1 el nucleófilo es también el solvente: solvólisis

Nucleófilos débiles, malos nucleófilos (H2O, alcoholes)

Solventes polares para favorecer la disociación del RX

Reordenamientos: como el intermediario de la reacción es un carbocatión

pueden ocurrir reordenamientos igual que en AE de alquenos

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SN1:

- Grupo saliente

- Nucleófilo y solvente

- Reordenamientos

2-bromo-

3-metilbutano

3-metil-2-butanol 2-metil-2-butanol

C+ secundario C+ secundario

RESUMEN DE SN1

SUSTRATO RX 3° > 2° > 1° > vinílicos, nucleares

GRUPO SALIENTE I > Br > Cl > F

NUCLEOFILOS malos nucleófilos, débiles

ESTEREOQUÍMICA inversión de configuracion y retención de la configuración

racemización parcial

SOLVENTE polar

CINETICA v = [RX] 1° orden unimolecular

MECANISMO 2 pasos

Derivados halogenados bencílicos, alílicos, vinílicos y nucleares

Derivados halogenados bencílicos y alilicos primarios dan reacciones SN1 y SN2

Derivados helogenados bencílicos y alílicos terciarios no dan SN2 por

impedimento estérico

Cloruro de bencilo Bencilmetileter

1-bromo-2-buteno

2-butenen-1-ol

condiciones SN2

condiciones SN1

Derivados halogenados vinílicos y nucleares no dan SN1 ni SN2:

Condiciones de SN2:

El nucleófilo es repelido

por la nube electrónica

nucleófilo nucleófilo

Condiciones SN1:

carbocatión vinílico

inestable

carbocation arilico

inestable

Derivados halogenados nucleares dan SUSTITUCION NUCLEOFILICA AROMATICA

Si el haluro de arilo presenta grupos fuertemente atractores de electrones por

resonancia en posicion es orto y para respecto al halógeno puede dar reacciones

de sustitución nucleofílica. (El halógeno se encuentra activado para la Sustitución

Nucleofílica Aromática

Reactivos Nu-fuertes

Mecanismo

Regioselectividad

NO2

Cl

Cl

+ NaOH

NO2

Cl

OH

lento rapido

RX 1° RX 2° RX3°

mal Nu- mal Nu- buen Nu- buen Nu-

- SN2+E2 SN1 + E1

E2

RX alílicos, bencílicos 1°

buen Nu- mal Nu-

RESUMEN GENERAL