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    11. Reacciones

    de los halogenuros de alquilo:

    sustitucin nucleoflica y eliminacin

    Basado

    Qumica OrgnicaMcMurrys, 5th ed.

    por .g. marambio

    septiembre 2009

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    Polarizacin:

    enlace en el haluro de alquilo

    En un haluro de alquilo el tomo de halgeno estenlazado a un tomo de carbono con hibridacin sp3. Elhalgeno es ms electronegativo que el carbono, y elenlace C-X est polarizado con una carga parcial positiva

    en el carbono y una carga parcial negativa en el halgeno

    Cuanto ms electronegativo es el tomo de halgeno, mayor esla polarizacin entre el enlace carbono-halgeno.

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    Representaciones con modelos de esferasde los haluros de alquilo

    Representaciones con modelos de

    esferas de los haluros de alquilo. Los

    halgenos ms pesados son ms

    voluminosos, con reas superficiales

    mucho ms grandes

    La electronegatividad aumenta haciala derecha y hacia arriba en la tabla

    peridica. El tamao aumenta hacia

    la derecha y hacia abajo, por lo que el

    tamao de los halgenos incrementa

    en el orden de F < Cl < Br < I.

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    Por ejemplo:

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    6

    11.1

    El descubrimiento de la inversin de Walden

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    Significance of the Walden

    Inversion The reactions alter the array at the chirality center

    The reactions involve substitution at that center

    Therefore, nucleophilic substitution can invert theconfiguration at a chirality center

    The presence of carboxyl groups in malic acid led tosome dispute as to the nature of the reactions inWaldens cycle

    Las reacciones alteran el entorno del centro quiral

    Las reacciones implican la sustitucin en el centro Por lo tanto, la substitucin nucleoflica puede invertir

    la configuracin en un centro quiral La presencia de grupos carboxilcos en el cido

    mlico conducido a un cierto conflicto en cuanto a la

    naturaleza de las reacciones en el ciclo de Walden

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    11.2

    Estereoqumica de la sustitucin nucleoflica

    Antes de analizar el ciclo veamos algunos detalles utiles:

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    11.3

    Cintica de la sustitucin nucleoflica

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    Por ejemplo:

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    11.4

    Reaccin SN2

    SN2: significa Sustitucin Nucleoflica Bimolecular

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    Estereoqumica y cintica de las

    reacciones SN2

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    Estado de Transicin(configuracin plana)

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    Vista molecular de un ataque SN2

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    Video reaccin SN2

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    Ejercicio:

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    11.5

    Caractersticas de la reaccin SN2

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    El sustrato: efecto estricos en la

    reaccin SN2

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    Orden de reactividad en SN2

    Mientras mayor es el grupo alquilo unido al carbono, la reaccin es

    ms lenta

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    Nuclefilo atacante

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    Nucleofilidad

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    Grupo saliente

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    Grupos salientes malos

    Ejercicio:

    12 3 4

    Ej l

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    Ejemplo:

    activacin de malos grupos salientes

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    Solvente prticos Vs polares aprticos

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    Cal de estos dos diagramas de energa

    representa la solvatacin del nucleoflo ?

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    Solventes polares aprticos

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    40

    CH3SO

    CH3

    O

    P

    NN

    NCH3CH3

    CH3 CH3

    CH3CH3

    CH

    O

    N CH3

    CH3

    SO O

    dimethylsulfoxide (DMSO)

    hexamethylphosphoramide (HMPA)

    N,N-dimethylformamide (DMF)

    sulfolane

    Otros solventes polares aproticos

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    Resumen caractersticas de las reacciones SN2

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    Resumen conceptos

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    F I N

    1parte

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    11.6

    Reacciones SN1

    + +

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    11.7

    Cintica de la reaccin SN1

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    V = k[RX]

    La disociacin espontnea del

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    bromuro de alquilo se efecta en unpaso lento, que limita la velocidad, ygenera un carbocatin intermediario yun ion bromuro

    El carbocatin intermediarioreacciona con el agua comonuclefilo en un paso rpido y formael alcohol protonado

    La prdida de un protn del alcoholprotonado (agua) intermediario dacomo resultado el alcohol neutro,producto final

    Paso limitantede la velocidad

    Paso rpido

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    11.8

    Estereoqumica de la reaccin SN1

    El intermediario plano conduce a la perdida de quiralidad, entonces un

    carbocatin es aquiral

    El producto puede ser una mezcla racemica o bien con un porcentaje de

    inversin

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    Caractersticas de las reaccin SN1

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    Los sustratos allicos y benclicos

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    El grupo saliente

    M i d i S 1 d l li t

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    El HBr protonaal grupo -OH

    La disociacin espontnea delalcohol protonado se lleva a caboen una etapa lenta, limitante de lavelocidad que forma el carbocatinintermediario y agua.

    El carbocatin intermediario reaccionacon el ion bromuro, en un paso rpido, ygenera el producto de sustitucin neutra

    Mecanismo de reaccin SN1: de un mal grupo salienteentre un alcohol terciario y HBr que da lugar a un halogenuro dealquilo. El agua neutra es el grupo saliente

    carbocatin

    Nuclefilo

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    El solvente

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    El solvente

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    Constante dielctrica

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    11.10

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    Reacciones de eliminacin de halogenuros de

    alquilo; regla de Saitsev

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    11.11

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    11.11

    Reaccin E2

    La base (B:) ataca un hidrgenovecino y comienza a eliminar al

    H, al mismo tiempo que el dobleenlace del alqueno empieza aformarse y el grupo X comienzaa salir

    Se produce un alqueno neutrocuando se rompe por completoel enlace C-H y el grupo X hasalido, con el par de electronesdel enlace C-X

    Estado de transicin

    Estereoqumica E2:

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    Estereoqumica E2:

    Geometra periplanar

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    Geometra periplanar sin

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    Reaccin E2: geometra E

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    Reaccin E2: geometra Z

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    Prediccin de productos

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    11.12

    R i d li i i f i

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    Reacciones de eliminacin y conformacin

    del ciclohexano

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    11.13

    Ef t i t i d l d t i

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    Efecto isotpico del deuterio

    11.14

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    94

    Reaccin E1 (eliminacin unimolecular)

    La disociacin espontnea delcloruro de alquilo terciario forma

    un carbocatin intermediario en

    un paso lento, que limita la

    velocidad

    La prdida de un H+ vecino en un

    paso rpido produce el alqueno

    neutro. El par de electrones del

    enlace C-H pasa a formar el

    enlace p del alqueno

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    Cintica E1

    No hay requisito geomtrico para la reaccin E1, ya que el halgeno y elhidrgeno se pierden en pasos separados. En consecuencia, se debe obtenerel producto ms estable, segn la regla de Zaitsev, de la reaccin E1.

    Comparacin E2 y E1

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    97

    11.15

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    98

    Resumen de reactividad: SN1, SN2, E1 y E2

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    S t i d 2 l b t i S 1

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    100

    Sntesis de 2-clorobutano, mecanismo SN1

    Referencia:Qumica Orgnica,, L.G. Wade, JR,

    2 edicin, Pearson Educacin, pg. 448,1993

    S t i d 1 l b t i S 2

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    101

    Sntesis de 1-clorobutano, mecanismo SN2

    Referencia:

    Qumica Orgnica,, L.G. Wade, JR,

    2 edicin, Pearson Educacin, pg. 448,1993

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    FIN