2 - UFF

Resumo das aulas de
Química Orgânica II
Haloalcanos
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
sp3
C
X
p
Halometano
CH3F
CH3Cl
CH3Br
CH3I
Comprimento
da ligação (Ao)
Energia da
ligação
(Kcal/mol)
1,385
1,784
1,929
2,139
110
85
71
57
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
δ+
C
Haloalcanos
δ−
X
SN1 ou SN2
Nu
+
R-X
R-Nu
+
X
Nu
+
R-X
R-Nu
+
X
CH3Cl
CH3CH2I
+
HO
+
CH3OH
CH3O
+
Cl
CH3CH2OCH3
+
+ Br
+ I
Br
I
I
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
δ+
C
Haloalcanos
I
N
CH3Br
+
+
N
C
+ CH3S
Br
CH3CH2I
δ−
X
NH3
P(CH3)3
+I
+ Br
SCH3
CH3CH2NH3
P(CH3)4
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
+
+
Br
I
Haloalcanos
Obtenção a partir de álcoois
HBr – SN1 ou SN2 – depende do substrato
OH
+ HBr
OH2
SN2
Br
+
OH
Br
OH2
+ HBr
+ H2O
95%
OH2
SN1
+ Br
+ Br
+ Br
Br
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
+ H2O
Haloalcanos
SN1 ou SN2 – depende do substrato
H
H
Br
HS
[α] = -34,6o
+ Br
SH
[α] = +36,4o
I
H
HS
SH
H
I
[α] = +46,3o
[α] = -36,4o
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
Obtenção a partir de álcoois
HCl – menos ácido, menos reativo
Adição de ácidos de Lewis – ZnCl2
ZnCl2
OH
Cl
+
+ HCl
OH
ZnCl2
SN2
OH
ZnCl2
Cl
78%
Exercício
1) A velocidade de reação de álcoois com HCl-ZnCl2 é utilizada como teste de
classificação para distinguir álcoois primários, secundários e terciários (Teste de
Lucas). Explique porque a ordem de reatividade neste teste é terc>sec>prim.
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
Obtenção a partir de álcoois
Cloreto de tionila e haletos de fósforo – etapa inicial: formação de melhores GS
OH
Br
+ PBr3
O
PBr2
SN2
+
O
OH
PBr2
+ (C6H5)3PCl2
dicloreto de trifenilfosfina
Br
H+
DMF
Cl
92%
CH3OH
+
CH3I
PI3
95%
Cl
C6H6
OH
+ SOCl2
89%
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
+ HBr
+ HOPBr
2
Haloalcanos
Obtenção a partir de álcoois
Normalmente: Haletos prim. e sec. = SN2 (inversão); Haletos terc. = SN1 (racemização)
Cloreto de tionila : caso especial
OH
+ SOCl2
Cl
Et2O
n-C6H13
H
H
OH
n-C6H13
H
+ SO2 + HCl
+ SOCl2
Piridina
NH Cl
Cl
n-C6H13
+ SO2 +
H
Retenção vs Inversão
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
Obtenção a partir de álcoois
Retenção vs Inversão – Cloreto de tionila
OH
n-C6H13
n-C6H13
O
H
Cl
O
S
Cl
SO2
n-C6H13
Et2O
+ HCl
S
H
H
n-C6H13
O
O
+ SOCl2
Cl
n-C6H13
Cl
H
Solvente apolar
H
separação de carga
desfavorável
Solvente piridina:
O
NH Cl
+
n-C6H13
O
Cl
n-C6H13
S
H
+ SO2
Cl
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
H
Haloalcanos - reações
CH3
H
Br
H
H
H
Cl
+
-
CN
CH3
R/S ???
CH3
H
Br
H3CH2C
H
+ I-
CH3
Br
NaI, acetona
desenhar reagentes e produtos em perspectiva - nomenc. R/S de reagentes e produtos
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
Outros métodos de obtenção
H2C
CH2
+ HCl
Cl
Br
HC
CH
+ Br2
Br
aquec. ou luz
2 Cl
Cl2
Cl
+ CH4
CH3 + Cl2
CH3 + HCl
CH3Cl +
Cl
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos – Reações de SN
O-nucleófilos
Solvólise
Hidrólise
Bromoalcano
Veloc. Rel.
CH3Br
1
CH3CH2Br
1
(CH3)2CHBr
12
Não reagem à TA
1,2 x 106
(CH3)3CBr
Metanólise
(CH3)3CCl +
CH3OH
(CH3)3COCH3 + HCl
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos – Reações de SN
Br
EtOH
não reage - estável
Explique
Br
EtOH
Cl
instável - qual o produto?
hidrólise
dois produtos
Quais são os produtos. Explique
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
Veloc. relativa
(CH3)3CBr
(CH3)3CBr
H2O
90% acetona + 10 %H2O
(CH3)3COH + HBr
400.000
(CH3)3COH + HBr
1
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
Haletos secundários: SN1 vs SN2
RX + NuR
R-Nu + XSN1
SN2
CH3
Não ocorre
Veloc.aumenta com bons
Nu e bons GS
Primário
Não ocorre (exceção dos
estabilizados por
ressonância)
Veloc.aumenta com bons
Nu e bons GS.
Lenta com ramificação em
C2
Secundário
Lenta. Favorável em
solvente polar prótico e
bons GS.
Lenta. Favorável com >
conc. de bons Nu e em
solventes apróticos
Terciário
Veloc. aumenta em
solventes próticos e
polares e com bons GS.
Extremamente lenta
(R)-3-bromo-2-metilhexano perde a atividade ótica quando dissolvido
em acetona. Explique.
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
SN2
Br
SN1
+ CH3S-
O
O
S
CF3
Haletos secundários: SN1 vs SN2
+ Br-
acetona
SCH3
H 2O
+ CF3SO3H
OH
O
EXPLIQUE:
R
+ CN-
acetona
CN
Cl
R
S
acetona
+ MeOH
I
OCH3
R+S
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
SN vs Eliminação
Mecanismos E1 (unimolecular) e E2 (bimolecular)
Nu
E
C
C
C
C
GS
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
+ NuE
+
GS
E2
C2H5O
H
H2
C CH
CH3
H 2C
CHCH3
+ C2H5OH
Br
vel.= k2[(CH3)2CHBr]{C2H5O-]
Efeito isotópico cinético
(CH3)2CHBr
+
NaOEt
EtOH
kH
CH2=CHCH3
kH/kD = 6,7
(CD3)2CHBr
+
NaOEt
EtOH
kD
CD2=CHCH3
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
E2
Estereoquímica – ANTI/SIN
H
H
H
Cl
H
H
Cl
H
CH
CH3 3
=
CH
CH3 3
CH3
H
CH3
Cl
H2O
HO
HO
H
Cl
Cl
Cl
H
H
H
CH
CH3 3
H
O
H
H
CH
CH3 3
H
O
H
CH3
H
CH3
H
H
O
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
H
Duas etapas
E1
EtOH
(CH3)3CBr
EtOH
(CH3)3C+
lenta
H
H2
C C(CH3)2
+
Br-
rápida
+ EtOH2
vel. = k1[(CH3)3CBr
H
H
O
H3CH2C
H3CH2C
H
H
H
H
H
CH
CH3 3
H
O
CH
CH3 3
carbocátion
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
H
=
H
CH3
H
CH3
E2
Estereoquímica – ANTI/SIN
Cl
C6H5
NaOEt, EtOH
C6H5
CH3
C6H5
H
C6H 5
H
C6H5
80oC
C6H5
CH3
E
CH3
Z
E-α-metilstilbeno (100%)
treo-1-cloro-1,2-difenilpropano
eritro-1-cloro-1,2-difenilpropano
NaOEt/EtOH
Explicar - projeções de Newman
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Z-α-metilstilbeno (98%)
Eliminação - Estereoespecificidade E2
CH3
H
OTs
H
C6H5
CH3
NaOEt/EtOH
C6H5
H
H3C
CH3
eritro
N(CH3)3 I-
Explique
H
C6H5
C6H5
NaOEt/EtOH
H
CH3
C6H5
C6H5
H
treo
CH3
I- /MeOH
H
Br
H
Br
CH3
H3C
H
H3C
meso
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
CH3
H
OTs
OTs
Eliminação Estereoespecificidade E2
tBu
tBu
E1
E2
OTs
NaOEt/EtOH
H
(H3C)3C
H
tBu
EtO-
(H3C)3C
H
OTs
NaOEt/EtOH
H
(H3C)3C
H
H
EtORosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
H
+ TsO-
Eliminação Estereoespecificidade E2
CH3
CH3
CH3
75%
25%
NaOEt/EtOH
rápida
Cl
Explique
CH3
CH3
NaOEt/EtOH
Cl
lenta
100%
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Eliminação Estereoespecificidade E2
Eliminação SIN (orbitais coplanares - sinperiplanar) – moléculas rígidas
-OH
N(CH3)3
D
H
∆
H
+ (CH3)3N + HOD
H
H
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Eliminação - regiosseletividade
NaOEt/EtOH
Br
CH3CH=CHCH3 + CH3CH2CH=CH2
81%
19%
Formação do alceno mais substituído
alceno mais estável
Estabilidade de cada grupo alquila –1-3 kcal/mol –
preferência de mais substituído em E2 é pequena
E2
E
CH3CH2CHBrCH3
CH3CH2CH=CH2 + HBr
CH3CH=CHCH3 + HBr
CR
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Eliminação - regiosseletividade
KOEt/EtOH
E2
+
+ CH3CH2CH2CH=CH 2
31%
Br
18%
51%
E1
Carbocátion mais estável - segunda etapa rápida
governada pela estabiblidade do alceno - predominância do mais substituído
HOAc, 70oC
+ (CH3)3CCH2CH=CH 2
24%
OTs
CH3CH2CBr(CH3)2
+
75%
EtOH, 25o
1%
CH3
CH3CH=C(CH3)2 + CH3CH2C=CH2
80%
20%
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Eliminação regiosseletividade
∆
Alceno mais substituído (Saytzeff)–
grupos de saída pequenos
CH3CH2CH=CH 2 + CH3CH=CHCH 3
5%
95%
N(CH3)3
-OH
KOEt/EtOH
Alceno menos substituído
(Hofmann) – sais de amônio
quaternário ou sulfônio
Interações espaciais
CH3CH2CH=CH 2 + CH3CH=CHCH 3
74%
26%
S(CH3)2
Br-
repulsão
H
H
N(CH3)3
H
H
H3CH2C
CH2CH2CH3
H
CH3
base
base
CH3CH2CH2CHBrCH 3
H
N(CH3)3
H
NaOEt/EtOH
CH3CH2CH=CHCH 3
KOtBu/tBuOH
31%
69%
+ CH3CH2CH2CH=CH 2
27%
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
73%
Basicidade vs Nucleofilicidade
Estrutura do substrato
Solvente
Temperatura
SN vs E
EtOH
Br
55o
3%
97%
CH3CH=CH2 + (CH3)2CHOC2H5
EtONa/EtOH
79%
C2H5S-Na+
(CH3)2CHSC2H5
produto principal
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
21%
Basicidade vs Nucleofilicidade
Estrutura do substrato
Solvente
Temperatura
SN vs E
Impedimento espacial e estabilidade do produto favorecem eliminação
CH3CH2S(CH3)2Br-
(CH3)2CHS(CH 3)2Br-
Explique
EtONa/EtOH
EtONa/EtOH
CH2=CH2 + CH3CH2OCH2CH3
12%
88%
CH2=CHCH 3 + (CH3)2CHOCH2CH3
61%
39%
Substrato
K2 x 105
CH3CH2Br
1,6
CH3CH2CH2Br
5,3
(CH3)2CHCH2Br
8,6
C6H5CH2CH2Br
561
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Basicidade vs Nucleofilicidade
Estrutura do substrato
Solvente
Temperatura
SN vs E
Maior dispersão de carga no ET da EL em E2 e E1 do que em SN2 e SN1, respectivamente
δSN2
E2
δ-
Nu
C
GS
δ-
H
C
vs
C
GS δ-
5 átomos
3 átomos
SN2/E2
B
Br
NaOH/60%EtOH-H2O
54%
46%
CH2=CHCH3
NaOH/EtOH
+
71%
29%
NaOH/60%EtOH-H2O
SN1/E1
Cl
(CH3)2CHOCH2CH3 ou -OH
84%
16%
eliminação
NaOH/80%EtOH-H2O
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
33%
+
substituição
67%
Basicidade vs Nucleofilicidade
Estrutura do substrato
Solvente
Temperatura
SN vs E
Eliminação aumenta com aumento da temperatura
SN2/E2
45o
Br
+ NaOH
EtOH/
100o
H2O
25o
SN1/E1
EtOH/
Cl
H2O
65
o
47%
53%
CH2=CHCH3
64%
17%
CH2=C(CH3)2
36%
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
+
(CH3)2CHOCH2CH3 ou -OH
36%
83%
+ (CH3)3COCH2CH3 (OH)
64%
Haloalcanos – Cont.
O-Nucleófilos – outras reações
álcoois, éteres
+ Cl2
H2O + CH3CH2CH2CH2-Cl
Luz
OH
Cl
lenta SN2
CH3CH2CH2CH2-OH2
NaOH - aumento da velocidade
+ Cl-
H 2O
CH3CH2CH2CH2-OH + H3O+
Reversível / Irreversível - explique
CH3CH2CH2CH2-OH + CH3CH2CH=CH2 (5%)
H 2O
36%
64%
Br
Ver E1/E2
OH
NaOH
H 2O
1%
99%
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
O-Nucleófilos – outras reações
álcoois, éteres
Explique
CH3CH2CH2-Cl
+ H2O
CH3CH2CH2-OH lenta
adição de pequenas quantidades de KI - aumento da velocidade
CH3CH2CH2-OH
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
O-Nucleófilos – outras reações
álcoois, éteres
CH3CH2CH2-OH + C2H5OSO2C2H5
EtOH + (H3C)2
CBr
EtOH
CH3CH2CH2-OC2H5 + C2H5OSO3H
85%
(H3C)2
CH2CH3
CH2CH3
Me3CBr + EtOH
COC2H5
EtOH
Me3COEt
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
81%
64%
Haloalcanos
O-Nucleófilos – outras reações
álcoois, éteres
Uso de alcóxidos – Síntese de Williamson
ROH + Na
CH3CH2CH2O-
+ CH3CH2I
RO- Na+
n-PrOH
CH3CH2CH2OCH2CH3 (70%)
(CH3)3CO-Na+ + (CH3O)2SO2
OH
+ ½ H2
DMSO
(CH3)3COCH3
NaOH/H2O
Cl
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
O
Haloalcanos
O-Nucleófilos – outras reações
álcoois, éteres
Uso de alcóxidos – Síntese de Williamson
CH3CH2CH2CH2O- Na+ + CH3CH2CH2CH2Cl
n-BuOH: 60% ; DMSO: 95%
Explicar
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
(CH3CH2CH2CH2)2O
Haloalcanos
O-Nucleófilos – outras reações
álcoois, éteres
Uso de alcóxidos – Síntese de Williamson
Alcóxidos: bases fortes = eliminação
CH3CH2CH2CH2OSO2C6H5 + CH3O-Na+
MeOH
CH3CH2CH2CH2OCH3 (90%)
CH3CH2CH2CH2OSO2C6H5 + (CH3)3CO-K+
CH3CH2CH2CH2OC(CH3)3 65% +
tBuOH
CH3CH2CH2=CH2 20%
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
Haloalcanos
O-Nucleófilos – outras reações
álcoois, éteres
Uso de alcóxidos – Síntese de Williamson
Br
EtOH
O
+
+
+ EtO-Na+
2%
98%
C6H5OH +
CH3OSO2OCH3
Na2CO3
C6H5OCH3
92%
HO
HO
NCH3
O
+ C6H5N(CH3)3 -OC2H5
HO
morfina
EtOH
NCH3
O
+ C6H5N(CH3)3
H3CO
codeína
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
O-Nucleófilos – outras reações
álcoois, éteres
Éteres simétricos
Desidratação – álcoois primários
2 EtOH
H2SO4
HOCH2CH2Cl
OH
HO
EtOEt + H2O
140oC
H2SO4
ClCH2CH2OCH2CH2Cl
O
p-CH3C6H4SO3H
+ H2O
HO
OH
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
+ H2O
O-Nucleófilos – outras reações
álcoois, éteres
Relativamente estáveis – grupos de proteção
Éteres
OCH3
OH
OH
+ HBr
ou HI
aquec.
+ CH3Br ou CH3I
OH
mecanismo?
Qual seriam os produtos de reação do éter metil benzílico com HBr?
OCH3
CH3OH/H+
Explique:
OH
O
OH
CH3OH/CH3O-Na+
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
OCH3
Dê o(s) produto(s) principal(is)
CH3CH2CH2OH
+
(CH3)2SO4
CH2OH
Na2CO3
CH3CH2I
OH
HI, ∆
(CH3)2CHOC6H5
O
+ EtO-Na+
EtOH
HOCH2CH2CH2CH2CH2OH + H2SO4
(CH3)3COCH3
HI, ∆
Rosângela de A. Epifanio, IQ-UFF
∆