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Química orgânica
Curso: Química orgânica > Unidade 5
Lição 5: Sn1 e Sn2- Identificando centros nucleófilos e eletrófilos
- Convenções para setas curvas em química orgânica
- Introdução ao mecanismo das reações orgânicas
- Nomenclatura e classificação de haletos de alquila
- Mecanismo Sn1: cinética e substrato
- Mecanismo Sn1: estereoquímica
- Introdução à estabilidade de carbocátions e reorganizações
- Prática sobre reorganização de carbocátions
- Mecanismo Sn1: reorganização de carbocátions
- Reorganização de carbocátions Sn1 (avançado)
- Mecanismo Sn2: cinética e substrato
- Mecanismo Sn2: estereoespecificidade
- Sn1 e Sn2: grupo abandonador
- Sn1 vs Sn2: efeitos dos solventes
- Sn1 vs Sn2: resumo
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Mecanismo Sn1: cinética e substrato
Como ocorre uma reação Sn1. Versão original criada por Jay.
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Transcrição de vídeo
RKA3JV - Neste vídeo, nós vamos
olhar o mecanismo Sn1. E vamos começar com o nosso
aleto de alquilo. Neste primeiro passo do mecanismo, os elétrons dessa ligação vão se mover para o grupo de saída que vai ser o bromo. E aí, o bromo vai virar um brometo. E este carbono, que eu vou
colocar em vermelho, este carbono aqui, agora, vai ficar
com uma carga formal positiva. Eu vou ter aqui, agora,
as ligações entre carbonos. Este carbono aqui, agora, vai ficar com uma carga positiva
e vai ser um carbocátion. Essa carga positiva aqui transforma
o carbono em um carbocátion. E o que acontece é que, agora,
este carbono em vermelho deixou de ser sp3 hibridizado
aqui no nosso aleto. E agora ele passou a ser hibridizado sp2. E a geometria em volta do nosso carbono
em vermelho, é uma geometria plana. E nós também temos o bromo,
que é um bom grupo de saída. Ele tem os seus elétrons de valência, que são esses elétrons aqui. Ele também ganhou esse par,
que são os elétrons dessa ligação aqui. E isso lhe deu uma carta formal negativa. Ou seja, essa carga formal aqui. E graças a essa carga, agora,
nós temos um brometo. Ou seja, um íon brometo que
é um bom grupo separável. E na nossa primeira etapa
do mecanismo Sn1, nós tivemos a perda de um grupo de saída. E quando isso acontece, nós formamos um carbocátion
com uma carga positiva no carbono. E isso vai funcionar como um eletrófilo. E nosso nucleófilo vai ser
este íon hidro sulfureto. Isso porque nós temos
essa carga negativa aqui. Como nós sabemos,
cargas opostas se atraem, por isso o nosso nucleófilo
vai atrair o eletrófilo. Ou seja, o nucleófilo atrai
estes elétrons do enxofre e forma uma ligação com
este carbono em vermelho. E no nosso produto final, nós temos
aqui o nosso carbono em vermelho. E eu vou destacar os elétrons que vão
formar a ligação, a nova ligação. Ou seja, estes elétrons aqui formam
essa ligação entre o carbono e o enxofre. Vamos ver um vídeo em que
eu utilizo o conjunto molymod para entender melhor este mecanismo. Aqui está o nosso aleto de alquilo. E eu vou dizer que este verde aqui
é o nosso bromo. No nosso primeiro passo, o bromo saiu e levou para si os elétrons da ligação para formar o íon brometo. Com isso, nós formamos nosso carbocátion. Mas este conjunto aqui,
que eu estou utilizando, não mostra muito bem
o carbocátion na forma planar. Deixe-me pegar este outro modelo aqui. E agora, você pode ver que os
nossos carbonos estão no mesmo plano. E nós temos um carbono sp2
hibridizado aqui no centro. E se nós olharmos o carbocátion
em uma visão superior, nós podemos ver o desenho, correto? Em seguida, vem o nosso nucleófilo que é o nosso hidro sulfureto. E o nosso nucleófilo atrai
por cima ou por baixo. Uma vez que nós temos
um carbocátion planar. De qualquer maneira, nós
temos um mesmo produto. Então, vamos mostrar o produto final aqui. Então, eu coloco de volta aqui
um carbono sp3 hibridizado e, por isso, nós temos uma geometria
tetraédrica no nosso produto final. E nosso primeiro passo
acontece lentamente. Então, eu vou escrever aqui "lento". E já o segundo passo,
que é o nucleófilo atrair, isso acontece rapidamente. Então, eu vou escrever "rápido". E este mecanismo é consistente com a experimentalmente Lei de Velocidade
Determinada para a Reação. E a velocidade da reação
é igual à constante "k". E isso multiplica a concentração
do nosso halogeneto de alquilo. Então, experimentos determinaram
que essa é a nossa Lei de Velocidade, e essa é a nossa concentração
do nosso halogeneto de alquilo para a primeira potência. E a velocidade da reação depende da concentração
do halogeneto de alquilo, mas não da concentração do nucleófilo. É por isso que o nosso
primeiro passo é lento, e este é o nosso passo
determinante da taxa. Ou seja, o passo que determina
a velocidade da reação. E se você lembrar da química geral, se você aumentar a concentração
do halogeneto de alquilo por um fator 2, você
multiplicar por um fator 2, a sua taxa vai ser multiplicada
por um fator 2 também. Uma vez que é de primeira ordem em
relação aos nossos halogenetos de alquilo. Mas se você aumentar o nucleófilo
por um fator 2, nada vai acontecer com a taxa. Então, este é de ordem zero
com relação ao nosso nucleófilo. O que eu quero dizer com isso
é que o nosso nucleófilo não pode atrair, não pode atacar, enquanto o nosso carbocátion é formado, que depende exclusivamente da concentração do nosso
halogeneto de alquilo. É por isso que a nossa reação
é de primeira ordem. E aí, nós chamamos essa
reação de Sn1. O "S" vem de substituição, o "n" de nucleofílica e o "1" de 1 fator. Então, é uma reação uni molecular. O que significa que a velocidade da reação depende da concentração
de apenas uma coisa. E essa coisa é o nosso substrato, que é o nosso halogeneto de alquilo. Portanto, é de primeira ordem com relação ao nosso aleto de alquilo. E os meios de substituição nucleofílica, que tem o nucleófilo, que substitui para o grupo
de saída sair no produto final. Então, nós temos que isso
daqui é o mecanismo Sn1. A estrutura do substrato também
afeta a velocidade da reação. E se nós vermos este halogeneto terciário como nós vimos no exemplo acima, e como nós sabemos, estes elétrons aqui
desta ligação vão para o bromo. E aí, vamos ter um brometo. E o carbocátion vai ter
uma carga positiva. E nós sabemos que carbocátions
terciários são mais estáveis. E nós vimos isso em vídeos anteriores. Ou seja, quanto maior a densidade
de elétrons no aleto, mais elétrons vão ser doados para
poder estabilizar a carga positiva. E se nós começamos com
o aleto de alquilo secundário, você vai ter estes elétrons aqui desta ligação indo para o bromo. E aí, eu vou ter aqui a ligação
com uma carga positiva, que é a ligação entre carbonos. E essa carga positiva aqui. E este é um aleto secundário. E neste caso, o carbocátion só é
estabilizado por dois grupos de alquilo, que são estes dois grupos de metil aqui, que são estes aqui. E já que um carbocátion secundário
não é tão estável quanto um carbocátion terciário, então, este terciário formaria
muito mais rápido. Por isso, os halogenetos
de alquilo terciários são os mais reativos no mecanismo Sn1. Um halogeneto de alquilo primário,
ou um halogeneto de metil, não teriam um carbocátion muito estável. De modo que é muito instável para existir. Então, o halogeneto primário não
reage por um mecanismo Sn1. A mesma coisa acontece com
este halogeneto de metil. No exemplo anterior,
nós vimos um nucleófilo com uma carga negativa sobre ele. O que você faria se
o nucleófilo fosse neutro? Neste caso, a molécula de água
não tem oxigênio com a carga negativa, mas ainda pode agir como um
nucleófilo em nosso mecanismo Sn1. E o primeiro passo é
o grupo de saída ir embora. E aí, os elétrons desta ligação
vão caminhar para o cloro. E aí, nós vamos formar o cloreto. E este carbono aqui, que
eu vou colocar em vermelho, este carbono vai se transformar
em um carbocátion. E aí, eu tenho aqui a forma plana
em torno do carbono central, que é o carbono em vermelho. E este carbono vai ficar com
uma carga formal positiva. Neste segundo passo, o nucleófilo
ataca o eletrófilo. E este oxigênio aqui tem uma carga parcial negativa. Isso porque ele é mais eletronegativo do que estes dois hidrogênios. E aí, neste segundo passo, o oxigênio vai atacar este carbono. Ou seja, o nosso nucleófilo
atacou o nosso eletrófilo. Vamos desenhar o resultado disso? Então, eu vou ter aqui o meu carbocátion. Eu vou desenhar aqui a estrutura. Agora, ele vai estar ligado a um oxigênio e este oxigênio ainda vai estar ligado
a dois hidrogênios. E o oxigênio também vai ter
estes elétrons livres aqui. E essa ligação aqui é formada
por estes elétrons aqui, que formam a ligação entre
este oxigênio e este carbono. E isso vai dar ao oxigênio
uma carga positiva. E se nós compararmos isso
ao nosso produto final, o que pode ter acontecido aqui
é ácido base. Então, vamos dizer que aqui nós temos
uma água atuando como uma base. Ela pode ter levado um destes prótons aqui e, por isso, deixou estes
elétrons para trás. E os elétrons que ficaram para o oxigênio, fizeram com que o oxigênio
ficasse com uma carga neutra. Ou seja, estes elétrons aqui
que eu vou destacar dessa ligação, vieram parar aqui. E por isso, o oxigênio ficou
com uma carga neutra. E aí, no nosso produto final
nós formamos um terc-butanol. E isso é chamado de reação solvólise. Deixe-me escrever isso aqui. Isso significa que o nosso
solvente é um nucleófilo. Ou seja, o nosso solvente é a água, e a água funciona como um
nucleófilo neste mecanismo.