SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA

Apresentação em tema: "SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA"— Transcrição da apresentação:

1 SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA
X ativante + Nu + - Nu Mecanismo: A) Uma etapa com estado de transição Cl NO 2 + MeO - OMe + Cl Ou B) Duas etapas com um intermediário: Cl NO 2 + MeO - OMe + Cl

2 RI > RBr > RCl > RF
Discutir os seguintes resultados levando em consideração os mecanismos acima: i- Tanto para para SN1 como SN2, a ordem de reatividade é: RI > RBr > RCl > RF ii- Foi observada a seguinte ordem na reação de I e II O 2 N NO H I G II G F Cl Br I Krel 3300 4.3 1 iii- A dependência de (k) com a natureza de G é pequena. Assim, a diferença entre (k) para G: Cl, Br, I, SOPh, SO2Ph, OPhNO2 é um fator de 5.

3 PhN 2 + + Y - PhY + N iv- Qual é o mecanismo? Qual é a etapa lenta?
v- Como explicar os resultados abaixo na reação com MeO-? Me Br NO 2 Br NO 2 k Me rel = 40 k rel = 1 SN em sais de diazônio Exemplo: Reação de Sandmeyer PhN 2 + + Y - PhY + N Questão: Considere os dois possíveis mecanismos: SN1: via cátion fenila + N N + + N 2 Y + Y -

4 SN em anéis pouco ativados
SN2 (sustituição direta): Baseando-se nos seguintes dados, decida entra os mecanismos acima: i- velocidade k[ArN2+], independe de [Y] ii-  de Hammett é negativo iii-análise via N* no substrato que não reageu: * * N N N N + + + * N N + D * + * N N N N N N + + 300atm + + N 2 97% 3% SN em anéis pouco ativados - OH , D , P PhOH 340 o C, 150 atm. PhCl PhNH (?) 2 - NH /NH 2 3 o -33 C

5 Qual o possível mecanismo para a reação acima: SN1, SN2, SNAr ou um outro mecanismo?
Cl Cl H .. - . + NH - . 2 ou .. Cl - (I) (II) NH 2 -Cl - NH 3 H Benzino Questão: Como poderíamos decidir entre os três mecanismos acima, baseando-se no seguinte: i- A reação não ocorre com outros nucleófilos fortes como: MeO- e CN-. ii- A reação ocorre com haletos aromáticos simples, segundo a seguinte ordem de reatividade: Br > I >> F Questão: Como explicar os seguintes fatos através do mecanismo via BENZINO?

6 i- A reação precisa de base muito forte (NH2-)
ii- A reação não ocorre com 1,3-dimetil-2-clore-benzeno iii- iv- Cl - NH 3 2 * + H N + H Cl Me +NH 2 - NH 3 H N Me + H Me É possível isolar benzino em matriz sólida (8o K) e estudar seu IR. O aumento da temperatura resulta no dímero de benzino. Na presença de dienos, o aumento da temperatura re-sulta em produtos da Reação de Diels-Alder: O

7 SUBSTITUIÇÃO ELETROFÍLICA AROMÁTICA
I- Aspectos Gerais do Mecanismo 1- Os orbitais  dos anéis aromáticos promovem ataque por espécies eletrofílicas, E+. 2- Formação de Complexos Tipo  e  (Wheland): Explicar: A –78oC o Tolueno forma complexo incolor com HCl, ou DCl que não conduz eletricidade, e não leva a troca H/D; hidrocarbonetos policíclicos aromáticos formam compostos cristalinos com ácido pícrico (complexo-). + x Complexo-

8 Em presença de AlCl3, o tolueno forma com HCl ou DCl uma solução verde, condutora de eletricidade, e há troca H/D (complexo-, ou de Wheland). D H D H D H D H + + + AlCl - 4 + 3- Mecanismo Geral de SEAr Explicar os seguintes resultados em termos do mecanismo (uma ou duas etapas) e da natureza da etapa lenta da reação de SEAr:  d + d + H E H E + E + + d + + H H E H E + + E + + H +

9 3.1- Para muitas reações, a equação cinética é dada por:
V = k [Aromático] [E+] 3.2- Muitas reações mostram efeito isotópico cinético, kH  kD. O fato que algumas reações (iodação e sulfonação) mostram EIC (kH/kD >1) favorece, necessariamente um dos dois mecanismos? X E k 1 H X + E + + k -1 X E E k 2 H + X + S

10 4- Geração e Natureza da Espécie Eletrofílica
3.3- As estruturas de complexos  foram comprovadas diretamente por RMN para: + CH 3 + HF SbF 5 SO 2 H SbF 6 - + C F + BF BF 4 4- Geração e Natureza da Espécie Eletrofílica Eletrófilo Método Usual de Geração A. Eletrófilos fortes, SEAr em compostos ativados e desativados + O = N = O 2 H SO + HNO NO + + 2 HSO - + H O + 2 4 3 2 4 3 Br ou Br - MX Br + MX Br - MX 2 n 2 n 2 n + + Br O H O H Br BrOH 2 3 + 2 Cl ou Cl + Mx Cl + MX Cl - MX 2 2 n 2 n 2 2 + + Cl OH ClOH + H O + Cl O H + H O 2 3 2 2 SO H S O H SO + SO 3 2 2 7 2 4 3 RSO + RSO Cl + AlCl RSO + + AlCl - 2 2 3 2 4

11 B. Eletrófilos moderados, SEAr em compostos ativados e desativados
C. Eletrófilos fracos, SEAr somente em compostos bastante ativados R 3 C + R CX + MX + n R 3 C + [MX n+1 ] - 3 R COH + H + R C + 3 3 + H 2 O + R 2 C = CR' 2 + H + R 2 CCHR' 2 + H 2 O RCH 2 X + MX n RCH 2 X-MX n + + R 2 C=O-MX n R 2 C=O + MX n R 2 C=O-MX n + + HC NH HC N + HX HC NH + X - N O + HNO + H + N O + 2 + H 2 O + ArN N + ArNH + HNO + H + 2 2 ArN N +2H 2 O

12 5- Geração e Natureza da Espécie Eletrofílica
5.1- Efeito do Substituinte no Benzeno sobre a Orientação Comentar a distribuição dos isômeros em função da natureza de E+ Substituinte Produto (%) o m p 3-5 35-50 50-60 89 11 85 15 4 90 6 5-8 91-93 0-2 15-20 75-85 ~1 15-17 81-83 ~2 24-28 66-73 1-6 26 72 9-13 0-1 86-91 30-35 64-70 36-43 1 56-62 38-45 1-2 54-60 7 64 29 91 3 24 20 56 22 55 23 51 42 56-63 2-4 34-41 46-50 46-51 30-40 60-70 3 H N + 3 ) CH ( N + + CH 2 N(CH 3 ) 3 + S(CH 3 ) 2 NO 2 CO 2 H C N CO 2 C H 5 COCH 3

13 Reação 5.2- Efeito do Substituinte no Benzeno sobre a Reatividade
orto=korto/kH={(ky-c6H5/2)/(kC6H6/6)}x(%orto/100) meta=kmeta/KH={kY-C6H5/2)/kC6H6/6)}x(%meta/100) para=kpara/kH={kY-C6H5/1)/(kC6H6/6)}x(%para/100) Comentar os seguintes fatores parciais de velocidade: Reação Fator parcial de velocidade para tolueno o m p Nitração 38.9 1.3 45.7 Halogenação 617 600 5 5.5 820 2420 Protonação 83 330 1.9 7.2 313 Acilação 32.6 4.5 5.0 4.8 831 749 Alquilação 9.5 1.5 4.2 1.7 1.4 0.4 11.8 10.0

14 Comentar os seguintes valores de  de Hammett
Reação  Bromação (CH3CO2H) -13.1 Cloração (CH3NO2) -13.0 Cloração (CH3CO2H-H2O) -8.8 Troca de próton (H2SO4-CF3CO2H-H2O) -8.6 Acilação (CH3COCl, AlCl3, C2H4Cl2) Nitração (H2SO4-HNO3) -6.4 Cloração (HOCl, H+) -6.1 Alquilação (C2H5Br, GaBr3) -2.4

15 C6H5OH+NO+ ONC6H4OH+HNO3 O2N6H4OH+HNO2
II- Reações NITRAÇÃO A Espécie Eletrofílica é NO2+, gerada em solução de ácido nítrico, em mistura nitrante, ou em soluções HNO3/solventes orgânicos. 2 HNO NO2+ + NO3- + H2O 2 H2SO4 + HNO NO HSO4- + H3O+ HNO3+ + (CH3CO)2O CH3CO2-NO2 + CH3CO2H Muitas reações de nitração seguem a equação cinética: = k[NO2+][Ar-H] O complexo- foi detetado espectroscopicamente para A reação paralela de nitrosação explica a velocidade bem alta de nitração de compostos aromáticos ativados ( = k[NO2+][Ar-H]) 2HNO3 + HNO NO3- + NO+ + H3O+ C6H5OH+NO+ ONC6H4OH+HNO O2N6H4OH+HNO2 O 2 N H NO + BF - 2 4 + - BF 4

16 = k[Ar-H][Hal2][ácido de Lewis]
HALOGENAÇÃO Os halogêneos reagem diretamente com compostos aromáticos ativados (ex.: fenol), para os demais, a presença de ácido de Lewis é necessária = k[Ar-H][Hal2][ácido de Lewis] Br H Br Br-Br FeBr 3 Br 2 + + HBr + FeBr 3 FeBr - 4 A halogenação poderia ser realizada por HOX (HO--Cl+). A reação é catalisada por HX (H2OCl+ + Cl-  H2O + Cl2, mais reativo). Pseudo-haletos, Br+-Cl- e I+-Cl- são também usados.

17 SULFONAÇÃO É realizada com ácido sulfúrico, óleum (8-30% SO3 livre), HSO3Cl, ou SO3 2H 2 SO 4 3 + H O + + HSO - H + SO k -1 S RÁPIDA o s d +++ A reversibilidade da reação explica o EIC e a desulfonação é usada para fins sintéticos e analíticos.

18 Alquilação: REAÇÕES DE FRIEDEL-CRAFTS
São realizadas na presença de ácidos de Lewis cuja ordem é: AlCl3 > FeCl3 > BF3 > TiCl3 > ZnCl2 > SnCl4 Alquilação: = k[Ar-H][RX][ácido de Lewis] O intermediário da seguinte reação foi isolado (sólido laranja) Me H + EtF/BF 3 -80 o C Et BF 4 - -15 + HF + BF

19 O problema de rearranjo do CC depende de RX, catalisador, e T.
Dependendo da estrutura de RX, E+ pode ser um CC (na forma de par iônico), ou complexo RX/catalisador + H d - +Me 3 C + AlBr 4 Me CMe + HBr + AlBr R Cl FeCl R FeCl + HCl + FeCl 4 O problema de rearranjo do CC depende de RX, catalisador, e T. Explicar: Enquanto a reação de benzeno com (CH3)3-CH2Cl/AlCl3 produz C6H6-C(CH3)2-CH2-CH3, a mesma com FeCl3 produz C6H6-CH2-C(CH3)3? Alcenos e álcoois são usados no lugar de RX. Quais são as condições experimentais, e quais são os mecanismos?

20 = k[Ar-H][RCOCl][ácido de Lewis]
Acilação: É realizada usando RCOCl ou (RCO)2O/ácido de Lewis = k[Ar-H][RCOCl][ácido de Lewis] A natureza de E+ depende das condições 3 + H d - RC O AlCl 4 C O R AlCl + HCl + AlCl Cl Usa-se [catalisador] > [R-H] devido ao complexo com o produto.

21 Acoplamento com sais de Diazônio:
P: Escrever o mecanismo de acilação por RCOOH/ácido mineral. Síntese de antraceno e seus derivados: O C 6 H AlCl 3 CO 2 SO 4 Acoplamento com sais de Diazônio: Escrever o mecanismo da reação de ácido nitroso com ArNH2. O cátion diazônio (Ph-N+N  Ph-N=N+) é eletrófilo fraco, acopla com anéis ativados (fenóis e aminas). Com fenóis, a reação é realizada sob pH ligeiramente alcalino (por que?) e o acoplamento ocorre no carbono:

22 Substituição do Grupo Existente no Anel, Substituição Ipso
Com aminas, a reação é realizada sob pH ligeiramente ácida (por que?) e o acoplamento ocorre no nitrogênio (amina primária) ou no carbono (amina terciária). Aminas 2a  nitrosamina R2N-NO: -H + N NR 2 N Ar N NAr H NH .. . k 1 -1 R B Substituição do Grupo Existente no Anel, Substituição Ipso E + -E Y -Y INTERMEDIÁRIO

23 Esta reação depende das condições experimentais e ocorre quando o grupo ligado ao anel é um grupo abandonador bom ou moderado. CHMe 2 HNO 3 /H SO 4 NO + 4.78 1.00

24 HNO 3 /Ac 2 O NO OMe + (31%) Br

25 CHMe 2 HNO 3 /H SO 4 NO + 4.78 1.00 HNO 3 /Ac 2 O NO OMe + (31%) Br

26 A ocorrência deste mecanismo foi comprovada pelo uso de isótopos (ácidos 1 e 2-naftaleno sulfônico), e por desvio do intermediário. Me HNO 3 NO 2 + AcO - H OAc INTERMEDIÁRIO