haletos de alquila

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HALETOS DE ALQUILA
X = F / Cl / Br / I
ORBITAL MOLECULAR LIGANTE
ORBITAL MOLECULAR ANTILIGANTE
Orbital Atômico Orbital Atômico
C sp3 X p
OM * sp3-p
OM  sp3-p
NODO
HALETOS DE ALQUILA
LIGAÇÃO CARBONO-HALOGÊNIO
HALETOS DE ALQUILA
Clorometano
(Cloreto de metila)
Produzido por algumas espécies de algas gigantes
Diclorometano
Muito usado como solvente
Foi empregado por muito tempo para remover a cafeína do café
Halotano Anestésico - substituto do clorofórmio (CHCl3) e do éter etílico (CH3CH2OCH2CH3)
Bromometano
(Brometo de metila)
Foi muito usado como “fumigante” (pesticida)
EXEMPLOS
Teflon Polímero antiaderente
PVC
(Cloreto de polivinila)
Polímero usado na produção de tubos, cabos, etc.
DDT
(Diclorodifeniltricloroetano)
Inseticida/pesticida
HALETOS DE ALQUILA
EXEMPLOS
HALETOS DE ALQUILA
HALOALCANO
Comprimento de Ligação
(Å)
Energia de Dissociação
(kcal/mol)
Momento de Dipolo
(D)
H3C–F 1,385 110 1,85
H3C–Cl 1,784 85 1,87
H3C–Br 1,929 70 1,81
H3C–I 2,139 57 1,62
PROPRIEDADES FÍSICAS
HALETOS DE ALQUILA
R–X
Pontos de Ebulição (oC)
R X = H F Cl Br I
CH3 -161,7 -78,4 -24,2 3,6 42,4
CH3CH2 -88,6 -37,7 12,3 38,4 72,3
CH3CH2CH2 -42,1 -2,5 46,6 71,0 102,3
PROPRIEDADES FÍSICAS
HALETOS DE ALQUILA
MAPAS DE POTENCIAL ELETROSTÁTICO DE HALOMETANOS 
CH3F CH3Cl CH3Br CH3I
PROPRIEDADES FÍSICAS
HALETOS DE ALQUILA
PROPRIEDADES FÍSICAS
Ligações C-X são polares → Interações intermoleculares dipolo-dipolo
+ − + −
.........
Com o aumento no tamanho do halogênio, Forças de London passam a ter uma contribuição significativa nas interações
 POLARIZABILIDADE 
I > Br > Cl > F
HALETOS DE ALQUILA
PROPRIEDADES QUÍMICAS
A POLARIDADE DA LIGAÇÃO C-X É RESPONSÁVEL PELO PADRÃO DE REATIVIDADE DOS HALETOS DE ALQUILA
+ −
O ÁTOMO DE CARBONO TEM CARÁTER ELETROFÍLICO, O QUE O TORNA SUSCETÍVEL AO ATAQUE POR NUCLEÓFILOS 
HALETOS DE ALQUILA
PROPRIEDADES QUÍMICAS
NUCLEÓFILO NUCLEÓFUGO
(GRUPO DE SAÍDA)
SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA
REAÇÃO TÍPICA DE HALETOS DE ALQUILA
A espécie que sofre a substituição nucleofílica - o haleto de alquila, neste caso - é comumente chamado de SUBSTRATO
Átomo eletrofílico
HALETOS DE ALQUILA
PROPRIEDADES QUÍMICAS
REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA PODEM ENVOLVER TAMBÉM NUCLEÓFILOS NEUTROS
NUCLEÓFILO NUCLEÓFUGO
(GRUPO DE SAÍDA)SUBSTRATO
Átomo eletrofílico
REAÇÃO TÍPICA DE HALETOS DE ALQUILA
SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA
HALETOS DE ALQUILA
MECANISMO
C. Ingold e E. Hughes (Década de 1930) → Estudos cinéticos
NUCLEÓFILO NUCLEÓFUGOSUBSTRATO
Velocidade  [CH3I] e [NaOH]
Velocidade = k [CH3I] [NaOH]
HALETOS DE ALQUILA
MECANISMO
Velocidade = k [CH3I] [NaOH]
IMPLICAÇÕES
➢ Processo bimolecular
➢ CH3I e NaOH estão envolvidos no Complexo Ativado
➢ Reação ocorre em uma única etapa
➢ Mecanismo concertado
SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA BIMOLECULAR
SN2
HALETOS DE ALQUILA
MECANISMO
CONSEQUÊNCIAS ESTEREOQUÍMICAS
① Ataque do nucleófilo pelo lado onde se encontra o nucleófugo (Ataque Frontal) 
② Ataque do nucleófilo pelo lado oposto ao que se encontra o nucleófugo (Ataque pelo lado oposto) 
(S)-2-bromobutano
(S)-2-iodobutano (R)-2-iodobutano
ATAQUE FRONTAL
PRODUTO APRESENTA RETENÇÃO DA CONFIGURAÇÃO
ATAQUE PELO LADO OPOSTO
PRODUTO SOFRE INVERSÃO DA CONFIGURAÇÃO
HALETOS DE ALQUILA
MECANISMO
CONSEQUÊNCIAS ESTEREOQUÍMICAS
Arranjo espacial relativo dos substituintes se mantém o mesmo Arranjo espacial relativo dos substituintes é invertido
(S)-2-bromobutano
(S)-2-iodobutano (R)-2-iodobutano
HALETOS DE ALQUILA
MECANISMO
CONSEQUÊNCIAS ESTEREOQUÍMICAS
ÚNICO PRODUTO OBTIDO EXPERIMENTALMENTE
HALETOS DE ALQUILA
MECANISMO
CONSEQUÊNCIAS ESTEREOQUÍMICAS
EM REAÇÕES DE SN2 O ATAQUE DO NUCLEÓFILO SEMPRE SE DÁ PELO LADO OPOSTO AO NUCLEÓFUGO 
ATAQUE AO ORBITAL *
INVERSÃO DE WALDEN
(INVERSÃO DO GUARDA-CHUVA)
*
MECANISMO CONCERTADO DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA
Orientação do ataque → 180o da ligação que será rompida → Localização do OM *
180o
Complexo Ativado → Formação e rompimento das ligações ocorrem ao mesmo tempo, de modo concertado
*
O OM * (antiligante) se converte em OM  (ligante) e o OM  (ligante) se converte em OM * (antiligante) 
*

Ligação formada
A B C
A
B
C
INVERSÃO DE WALDEN
ou
INVERSÃO DO GUARDA-CHUVA
MECANISMO CONCERTADO DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA
Coordenada da Reação
Go
HALETOS DE ALQUILA
MECANISMO
Ea
REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA PERMITEM A CONVERSÃO DE HALETOS DE ALQUILA
A DIVERSOS OUTROS GRUPOS FUNCIONAIS 
álcoois
tióis
éteres
tioéteres
nitrilas
sais de amônio
alcinos
azotetos
hidróxido
alcóxido
hidrogenossulfeto
tiolato
cianeto
amônia (aminas)
acetileto
azoteto
REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA BIMOLECULAR
RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
① EFEITO DO NUCLEÓFUGO
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
Velocidades de reações de SN2 em função do nucleófugo
I > Br > Cl >> F
Haletos de alquila
“mau nucleófugo”“bom nucleófugo”
X = 
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
A NUCLEOFUGACIDADE DE UMA ESPÉCIE É DETERMINADA POR SUA ESTABILIDADE
A estabilidade de um nucleófugo pode ser estimada pelo pKa de seu ácido conjugado 
Ácido pKa (H2O)
HF 3,2
HCl -8,0
HBr -9,0
HI -10,0
A força de um ácido é determinada pela estabilidade de sua base conjugada
① EFEITO DO NUCLEÓFUGO
Coordenada da Reação
Go
Ea
Ea
Complexos Ativados apresentam estabilidades diferentes
Iodo estabiliza melhor a carga negativa que se desenvolve
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
Além dos halogênios, outros átomos/grupos formam ligações polares com o carbono, tornando-o eletrofílico
álcoois éteres aminas
+ − + − + −
Porém, reações de SN2 não ocorrem com álcoois, éteres ou aminas, pois os respectivos nucleófugos são instáveis 
Nucleófugo Ácido conjugado pKa
Íon hidróxido 15,75
Íon alcóxido 16-18
Íon amideto 35
① EFEITO DO NUCLEÓFUGO
EXEMPLOS DE BONS NUCLEÓFUGOS
Um mesilato íon mesilato Ácido metanossulfônico
pKa  -2
Um tosilato íon tosilato Ácido p-toluenossulfônico
pKa  -2
② EFEITO DO NUCLEÓFILO
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
A. EFEITO DA CARGA
ENTRE DOIS NUCLEÓFILOS ESTRUTURALMENTE SEMELHANTES, ESPÉCIES CARREGADAS SÃO MAIS REATIVAS
Mais rápida
Mais rápida
(não há reação)
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
B. CORRELAÇÃO COM BASICIDADE / PERIODICIDADE
Mais rápida
Mais rápida
(não há reação)
② EFEITO DO NUCLEÓFILO
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
B. CORRELAÇÃO COM BASICIDADE / PERIODICIDADE
B
A
SIC
ID
A
D
E
BASICIDADE
NUCLEOFILICIDADE E BASICIDADE
PODEM SER COMPARADAS PARA ELEMENTOS DE 
UM MESMO PERÍODO DA TABELA PERIÓDICA
MAIS BÁSICO  MAIS NUCLEOFÍLICO
② EFEITO DO NUCLEÓFILO
BASICIDADE E NUCLEOFILICIDADE
BASICIDADE → PROPRIEDADE TERMODINÂMICA
NUCLEOFILICIDADE → MEDIDA CINÉTICA
Keq = Constante de Equilíbrio
k = Constante de Velocidade
A comparação entre Nucleofilicidade e Basicidade deve ser feita levando-se em conta a diferença conceitual existente
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
B. CORRELAÇÃO COM BASICIDADE / PERIODICIDADE
Velocidade
Basicidade
② EFEITO DO NUCLEÓFILO
EFEITO DO SOLVENTE
SOLVENTES POLARES PRÓTICOS → Solventes capazes de formar ligações de hidrogênio
Água Metanol Etanol Ácido acético
Exemplos
SOLVATAÇÃO DO CÁTION
Na+
SOLVATAÇÃO DO ÂNION/NUCLEÓFILO
F−
ÍON FLUORETO 
➢ Raio iônico pequeno
➢ Densidade de carga elevada
➢ Forte associação com o solvente
➢ Esfera de solvatação próxima ao ânion
SOLVATAÇÃO DO ÂNION/NUCLEÓFILO
I−
ÍON IODETO 
➢ Raio iônico grande
➢ Baixa densidade de carga 
➢ Fraca associação com o solvente
➢ Esfera de solvatação distante ao ânion
SOLVATAÇÃO DO ÂNION/NUCLEÓFILO
F
−
Cl
−
Br
−
I
−
SOLVATAÇÃO EM SOLVENTES PRÓTICOS
NUCLEOFILICIDADE
Quanto maior a associação com o solvente, mais difícil se torna a aproximação do nucleófilo ao
orbital * do carbono eletrofílico → Interação Estérica (Tensão estérica/Impedimento Estérico)
*
EFEITO DO SOLVENTESOLVENTES POLARES APRÓTICOS → Solventes que não possuem um hidrogênio ligado a um átomo eletronegativo 
Exemplos
Acetona N,N-Dimetilformamida
(DMF)
Dimetilsulfóxido
(DMSO)
Acetonitrila
EFEITO DO SOLVENTE
SOLVENTES POLARES APRÓTICOS SOLVATAM BEM CÁTIONS, MAS NÃO ÂNIONS
Acesso ao polo positivo é “estericamente impedido” 
Velocidade
Basicidade
EFEITO DO SOLVENTE
Reações com todos os nucleófilos são muito mais rápidas (até 1.000.000 de vezes) em DMF que em CH3OH
Nucleofilicidade e Basicidade
seguem mesma ordem em DMF
SOLVATAÇÃO DO CÁTION
Na+
SOLVATAÇÃO DO ÂNION/NUCLEÓFILO
F−
I−
Independente do tamanho, os ânions
serão pouco solvatados em DMF
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
C. ESTRUTURA DO NUCLEÓFILO
Mais rápida
Os dois íons alcóxido apresentam basicidades semelhantes mas grande diferença de nucleofilicidades
Metóxido de sódio
terc-Butóxido de sódio
② EFEITO DO NUCLEÓFILO
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
C. ESTRUTURA DO NUCLEÓFILO
Complexo Ativado
terc-Butóxido
Complexo Ativado
Metóxido
Interação estérica
② EFEITO DO NUCLEÓFILO
BONS E MAUS NUCLEÓFILOS EM REAÇÕES DE SN2
➢ Espécies neutras que são bons nucleófilos
➢ Espécies que não atuam como nucleófilos em reações de SN2
③ EFEITO DA ESTRUTURA DO SUBSTRATO
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
Tipo do haleto Metílico 1o 2o 3o
Velocidade Relativa > 1000 50 1 0
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
Substituintes no carbono eletrofílico 
➢ Dificultam a aproximação do nucleófilo ao orbital *
➢ Dão origem à tensão estérica no Complexo Ativado
* *
③ EFEITO DA ESTRUTURA DO SUBSTRATO
SN2 RELAÇÕES ENTRE ESTRUTURA E REATIVIDADE
RAMIFICAÇÕES NO CARBONO  TAMBÉM AFETAM A VELOCIDADE DE REAÇÕES DE SN2
Tipo do haleto 2o 1o 1o(ramificado) 1o(ramificado)
Velocidade Relativa 1 20 2 0
Glândula Adrenal
Perigo/Stress
Hipotálamo Adrenalina
➢ Aumento da frequência cardíaca
➢ Aumento da pressão sanguínea
➢ Aumento da síntese de glicose
➢ Dilatação das vias aéreas
SAM = S-Adenosilmetionina
SN2 EM SISTEMAS BIOLÓGICOS
SAM = S-Adenosilmetionina

nucleófugo