4_ Substituicao Nucleofilica Acilica

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Reações de Substituição
Nucleofílica Acílica
Ácidos Carboxílicos e Derivados
Aldeído
s e cet
onas
R A
OH
Nu
R A
O
NuR A
O
Nu intermediário 
tetraédrico
(C sp3)
produto de adição 
nucleofílica
produto de substituição 
nucleofílica
carbonila 
trigonal plana
(Csp2)
A = GA bom
A = GA ruim
Em aulas anteriores...
R Nu
O
Ácidos 
carbox
ílicos 
e deriv
ados
3
Ácidos Carboxílicos e Derivados
Compostos carbonílicos que possuem um grupo substituível por nucleófilo (GA bom)
R OH
O
R OR’
O
R NR2’
O
R Cl
O
R O
O
R
O
ácidos 
carboxílicos ésteres amidas
anidrido cloreto
 de acila
Ácidos carboxílicos e seus derivados
R Br
O
brometo
 de acila
Reatividade…Analisar a eletrofilicidade da 
carbonila e habilidade
do grupo abandonador.
Reatividade de Ácidos Carboxílicos e Derivados
4
Menos reativoMais reativo
Grupos doadores de elé
trons:
Diminuem a elet
rofilicidade
Grupos retir
adores de 
elétr
ons:
Aumentam a reatividade
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
> > > >
R H
O
Aldeídos
R R’
O
Cetonas
5
Coloque os compostos carbonílicos em ordem decescente de reatividade
frente a reações com nucleófilos:
Reatividade de Ácidos Carboxílicos e Derivados
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
> > > > >
Reatividade
Etapa 2: Eliminação do GA
6
Como ácidos carboxílicos (e derivados) reagem
Basicidade similar: equilíbrio
Quando A- é menos básico: produto é formado
Quando Nu- é menos básico: nenhum produto novo é formado à entra
na primeira etapa e é eliminado na segunda à retorna ao reagente
Espécies menos básicas (mais estáveis) – melhores GA
Qual grupo é eli
minado? 
Depende da basicidade
rela
tiva:
Etapa 1: Adição do Nucleófilo
R A
O
NuR A
O
Nu
sp2 k1
k - 1
sp3
k2
k - 2
R Nu
O sp2
Intermediário tetraédrico
+ A-
7
Reações de Substituição Nucleofílica Acílica
É possível converter
 um 
deriv
ado de ácido mais
reativo em um menos
reativo
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
8
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
Iniciarem
os pelas
amidas – os menos
reativas da classe
Reações de Amidas
Reação
ácido -base
9
Amidas não são
muito reativas
R NH2
O
H
Eletrófilo mais forte
R NH2
O
H
R NH2
O
R NH2
O
R NH2
O H A
R NH3
O
R NH2
O H A
H A
Deslocalização não é possível
X
Elétrons deslocalizados, 
não disponíveis para protonação
Elétrons disponíveis para protonação
Reações das Amidas
R NH2
O
Eletrófilo fraco
NH3: base mais fraca e é expelida formando o ácido carboxílico. Como NH3 ainda é básico e o H do 
ácido carboxílico é acido, ocorre desprotonação levando ao carboxilato prevenindo a reação reversa10
H2O
NH2
O
H
H2O
Intermediário 
tetraédrico
A-
NH2
O
H
HO
H A+NH3
O
H
HO
NH2
O
H
Eletrófilo mais forte
ácido + base
O
O
NH4
Sal orgânico
Reação 
ácido-base
NH2
O
Propanamida
H A
Eletrófilo fraco
OH
O
+ NH3
Reações das Amidas
O intermediário pode ser protonado no O ou 
no N, ou não SER protonado. A protonação
do N é favorecida: NH2 é base mais forte. Dentre os dois possíveis GA 
(HO- ou NH3):
Hidrólise
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
11
Reações de Substituição Nucleofílica Acílica
Como os
ácidos carboxílicos
Reagem?
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
Reações de Ácidos Carboxílicos
12
R OH
O
H+
R OH
O
H
eletrófilo mais forte
Nu
R OH
O
H
Nu
Reação de SN acílica
HO-
R O-
O
carboxilato: 
nucleófilo fraco
reação ácido base
Não ocorre reação 
de SN acílica
R O-
O
carboxilato: 
nucleófilo fraco
reação ácido base
RNH2
H+ Não ocorre 
reação
Somente Catalise
ácida!
A base à íon 
carboxilato (Bom GA) 
= não ocorre reação
Não reagem com 
aminas em condições
convencionais:
Não pode: 
Meio básico e nem
meio ácido
R OH
O
H+
Amina protonada:
Não tem par de elétrons livres = 
deixa de ser um nucleófilo
+ RNH2
RNH2
H
R OH
O
+ Não ocorre 
reaçãoreação ácido base
amina
13
Reações de Ácidos Carboxílicos
Ácidos carboxílicos não reagem com aminas via 
substituição Nu Acílica sob condições convencionais
Reação ácido-base
OH
O
+ H2N
R O
O
H2N
H
sal
(composto iônico)
Ácido 
propanóico propanamina
Com Aminas
ü Reagem com álcoois para formar ésteres: -OH e –OR basicidade similar
ü Reação é um equilíbrio – utilização de excesso de álcool
ü Condições ácidas – catálise e manutenção da forma ácida
14
OH
O
+
Ácido 
propanóico
+ H2O
HCl
O
O
HO
Etanol
Excesso
Propanoato 
de propila
Reações de Ácidos Carboxílicos
Esterificação de Fischer
15
OH
O
H+
OH
O
H
OH
O
H
pka ~ 6,0
HO
O
H
HO OH
prototropismo
O
HO OH
H
O
O
+H2O
H
HSO4-
O
O
H2SO4 +
Reações de Ácidos Carboxílicos
Excesso
Remover
do meio
P/ deslocar o 
equilíbrio:
Esterificação de Fischer
16
OH
O
H+
OH
O
H
OH
O
H
eletrófilo mais forte que 
o ácido de origem
Mecanismo Ácido
OH
O
Mecanismo Básico
carboxilato
(nucleófilo fraco, estabilizado por 
deslocalização de elétrons)
B
O-
O
BH
OH
O
x
Não ocorre reação de 
Substituição nuceofílica 
acílica, pois ambas as 
espécies (Nu e E+) são 
fracas
Por que a reação ocorre em meio ácido e não ocorre em meio neutro ou básico?
OH
O
+ OH O
H
O OHX
Mecanismo Neutro
formação de um intermediário instável, 
com duas cargas, proveniente de uma 
espécie neutra, resultando em um 
desequilíbrio eletrônico.
Esterificação de Fischer
17
Álcoois secundários também levam ao produto de eliminação, porém em um grau menor 
em relação aos álcoois terciários. Já os álcoois primários não formam carbocátions
estáveis, logo, não sofrem reação de eliminação nas condições empregadas. 
Por que não é aconselhável utilizar álcool terciário?
Esta reação ocorre muito bem com álcoois primários; com secundários, um 
pouco menos e não ocorre em terciários.
OH
H+
OH2
Carbocátion terciário
estável
H
Esterificação de Fischer
OH2
isobuteno
+ H3O+
OH
O
OH
H
2
SO
4
 (cat.)
O O + H
2
O
γ-hidroxiácido
γ
β
α
18
g-Hidroxiácidos ciclizam rapidamente em um processo intramolecular, pois há um 
nucleófilo e um eletrófilo na mesma molécula. Essa reação é entropicamente 
favorecida, caso o ciclo formado seja estável.
Esterificação de Fischer
Reação intramolecular
Ciclo de 5 
membros: 
favorecido! 
19
Reações de Ácidos Carboxílicos
Cloreto de tionila (SOCl2) ou
Pentacloreto de fósforo (PCl5).
VoláteisEtapa 
Irreversível
v Com Cloreto de tionila (SOCl2) 
v Com Cloreto de tionila (SOCl2) 
Formação de Cloretos de acila
20
Formação de Anidridos a 
partir de ácidos carboxílicos
R Cl
O
Cloretos de ácido
R OO
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
21
Reações de Substituição Nucleofílica Acílica
Vamos para 
os Ésteres
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
O
O
+ H2O
propanoato 
de metila
OH
O
+ CH3OH
Ácido 
propanóico
Metanol
HCl
ou base
Hidrólise
Hidrólise
22
Reações dos Ésteres
Esterificação
Reação com água em 
meio ácido ou básico
Esterificação
Favorecida pela: 
Adição de H2O
Remoção do álcool
Favorecida pela: 
Remoção de H2O
Outras alternativas 
experimentais
Hidrólise
23
Excesso 
Removido
do meio
Reações dos Ésteres
Em meio Ácido
24
Em meio básico
Etapa 
irreversível
Não é
catálise!
HO- é consumido!
É incorporado na 
molécula do produto
Quanto mais básico o 
meio, menor é a 
concentração desta 
espécie
Reações dos Ésteres
25
“São os triacilgliceróis: ésteres de ácidos graxos + glicerol”
Óleos e Gorduras:
Hidrolise de ésteres
: 
um exemplo prático
Reações dos Ésteres
Hidrólise 
Básica 
Gordura ou óleo Glicerol
CH2O
CHO
CH2O
C
O
R1
R2
O
R3
O
+ H2O
NaOH
CH2OH
CHOH
CH2OH
+
O R1
O
Na
sais de sódio de ácidos 
graxos (Sabão)
O R2
O
Na
O R3
O
Na
GA = CH3O- GA = CH3CH2O-
26
Reação direta Reação inversa
Qual espécie é mais estável? 
Qual é o melhor GA?
Mesma estabilidade = reação ocorre em ambos 
os sentidos na mesma velocidade
Reações dos Ésteres
O
O
+ HO
propanoato 
de metila
O
O
+ CH3OH
Metanol
HCl
ou base
Reação direta
Reação inversa
propanoato 
de etila
Transesterificação
Reação com álcool 
gerando outros éster
27
GA: CH3O-
Mais estável, 
GA melhor
Equilíbrio 
deslocado para a 
direita
pKa = 10 pKa = 15,5
Reações dos Ésteres
O
O
+
O
O
+ CH3OH
HCl
ou base
Reação direta
Reação inversa
OH
Fenol Propanoato 
de fenila
Propanoato 
de metila
Metanol
GA: 
-O
Transesterificação
28
Catalisador ácido à protonação da amina à
diminui a nucleofilicidade à não ocorre reação
caso contrário pode 
atuar como Nu, 
deslocando a reação 
para os reagentes
GA: CH3O- GA: CH3NH- GA pior
Equilíbrio deslocado 
para a Esquerda
Reações dos Ésteres
O
O
+
propanoato 
de metila
+ CH3OH
Metanol
N
O
Amida
H2N
propanamina
Excesso Removido
do meio
Aminólise
O
O
+
propanoato 
de metila
+ CH3OH
Metanol
R O-
O
íon carboxilato: 
nucleófilo fraco
O
O
R
O
Anidrido
Cl- R Cl
O
Cloreto de 
acila
O
O
+
propanoato 
de metila
+ CH3OH
Metanol
29
Não reagem com íons
halogênio ou
carboxilato (bons GA)
GA: CH3O- GA: Cl- e Muito mais 
estáveis, 
GAs melhoresReação só ocorre 
neste sentido
X
X
Não ocorre
Reações dos Ésteres
R O-
O
Não ocorre
30
Reações de Cloretos de Acila
Cloretos de acila são
Eletró
filos bons!
Não necessitam de 
catalisador.
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
31
Reações de Cloretos de Acila
Reação em meio básico, 
geralmente na presença de 
piridina
R OH
O
+
Ácido 
carboxílico
Cl
O
+ HCl
Cloreto de 
acila
+ SO2
Cloreto de 
tionila
Dióxido de 
enxofre
SOCl2
Cl
O
+ HO
Cloreto de 
propila
propanol
Cl
O
OH
Intermediário 
tetraédrico
+
N
piridina 
(base)
Cl
O
O
HN
Cl- é GA muito melhor
Reação em um único sentido
O
O
Propanoato 
de propila
+HClHN +
Alcoólise
32
Reações de Cloretos de Acila
Rendimento experimental baixo
Aminólise
Cl
O
+ H2N
Cloreto de 
propila
Etanamina
N
H
O
N-etilpropanamida
+ HCl
Quantidade equimolar
de amina e cloreto de ácido
metade forma produto
metade forma o sal
H2N
H3N
Cl-
sal de amônio 
quaternário
33
Reações de Cloretos de Acila
2 eq. do nucleófilo
Cl
O
+ H2N
Cloreto de 
propila
Etanamina
N
H
O
N-etilpropanamida
+ HCl2
2 equivalentes
H2N
H3N
Cl-
1 eq. age como base
1
1 eq. age como Nu
H2N
N
H
O
+
1
Estratégias para aminólise: 
34
Reações de Cloretos de Acila
Cl
O
+ H2N
Cloreto de 
propila
Etanamina
(Pouco volumosa)
N
H
O
N-etilpropanamida
+ HCl1
1 equivalente
Age como Nu
 forma produto
Cl-
 Age como base
N H
N
(Amina volumosa)
(Nu fraco e base 
forte)
1 eq. do nucleófilo + 1 eq de uma
base volumosa, não nucleofílica
35
Reações de Cloretos de Acila
Formação de 
Anidridros
Cl
O
+
Cloreto de 
propila
ácido butanóico
OH
O
O
O O
anidrido 
butanóico propanóico
NaOH
O
O
Na+
carboxilato
(nu fraco)
36
Reações de Anidridos
Anidridos
Reagem de forma 
similar aos cloretos de 
acila
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
R Cl
O
Cloretos de ácido
R O
O
Anidridos de ácido
R
O
R OH
O
 Ácidos carboxílicos
R OR
O
Ésteres
R NH2
O
Amidas
HO R
O
HOR
NH3
X
SOCl2 ou PCl5
Não reage com aminas
H2O
H2O
H2O
H2O
meio ácido 
ou básico
HOR
meio ácido 
somente
Menos reativo
Mais reativo
NH3
HOR
Não reagem com 
cloretos (melhor GA 
que carboxilato)
37
Reações de Anidridos
Similar aos cloretos de acila, apenas forma ácido
acético no lugar do HCl.
Aminólise
O
O
+ H2N
Anidrido Etanamina
O
?? N
H
O
N-etilpropanamida
+ HO
O
Ácido acético
2 eq. do nucleófilo 1 eq. do nucleófilo + 1 eq de uma
base volumosa, não nucleofílica
ou
38
Reações de ác. Carboxílicos e derivados com Organometálicos
Não é um equilíbrio.
Grupo alquila é péssimo GA
Mais eletrofílica 
do que o éster
H+
Com ésteres
39
Reações de ác. Carboxílicos e derivados com Organometálicos
Mais reativo e reage com 
o reagente de Grignard
Mais de 1 sítio 
reativo
2 sítios Nucleofílicos
Qual é mais reativo?
2 sítios eletrofílicos
Qual é mais reativo?
40
Reação ácido base
Transforma também o organolítio
em alcano (não nucleofílico)
Reações de ác. Carboxílicos e derivados com Organometálicos
Com Ác. 
Carboxílicos
Indicar o produto principal das reações abaixo:
Exercícios
O
OH
NaOH
HClSOCl
2
H
2
NCH
3
H
2
O
O
OCH
3
NaOH
HClSOCl
2
H
2
NCH
3
H
2
O