HALUROS DE ALQUILO. ) es la reactividad típica de los haluros de alquilo y saber diferenciar entre las reacciones uni- y bi-moleculares (S N

Química Orgánica 2º

LECCIÓN 6

Antonio Galindo Brito 1

HALUROS DE ALQUILO

Objetivos

Conocer la estructura electrónica de los haluros de alquilo, el carácter polar del enlace carbono-halógeno y las consecuencias que esto acarrea tanto en las propiedades físicas como químicas. Deducir que la reacción de sustitución nucleófila alifática (S_N) es la reactividad típica de los haluros de alquilo y saber diferenciar entre las reacciones uni- y bi-moleculares (S_N1 y S_N2). Conocer con detalle los mecanismos por los que transcurren estos dos tipos de reacción, las consecuencias estereoquímicas que implican y aprender a distinguir por cuál de los dos mecanismos transcurre la reacción en función de los diferentes factores que influyen tales como (tipo de haluro, nucleofilia del reactivo, estructura del grupo saliente y disolvente en que se efectúa la reacción). Apreciar la importancia sintética de las reacciones S_N2 en la síntesis orgánica como herramienta para efectuar la preparación de una gran diversidad de compuestos, sin más que elegir adecuadamente el reactivo y las condiciones experimentales. Finalmente, conocer la utilidad industrial de este tipo de compuestos y la incidencia que han tenido y tienen sobre el medio ambiente.

Química Orgánica 2º

LECCIÓN 6

Antonio Galindo Brito 2

HALUROS DE ALQUILO

Haluros de alquilo

C H X R R C H X H R C R X R R Br CH2Cl2 CHI3 F Br F F H Cl

Primario _{Secundario Terciario} Derivado_{monohalogenado} Derivado _dihalogenado Derivado trihalogenado Derivado polihalogenado

Cl

Br

I

Br

Cl

I

1-Bromo-butano Bromuro de butilo 1-Cloro-2-metil-propano Cloruro de isobutilo 1-Iodo-2,2-dimetil-propano Yoduro de neopentilo 2-Bromo-2-metil-propano Bromuro de terc-butilo 2-Cloro-propano Cloruro de isopropilo 1-Iodo-etano Yoduro de etilo 1 1 2 1 2 1 2

C

C

R

X

R

H

X

C

R

X

H

R

Haluro de alquilo Haluro de vinilo Haluro de arilo sp3

Química Orgánica 2º

LECCIÓN 6

Antonio Galindo Brito 3

Enlace C-F Muy fuerte Enlace C-Cl Menos fuerte Enlace C-Br Enlace más débil Enlace C-I Muy débil sp3 _{del carbono} p del halógeno

Estructura y propiedades físicas de los haluros de alquilo

2, 21

1, 29

57

2, 14

H

₃

C - I

2, 74

1, 48

70

1, 93

H

₃

C – Br

2, 83

1, 56

84

1, 78

H

₃

C – Cl

4, 10

1, 51

110

1, 39

H

₃

C - F

Electronegatividad

halógeno

µ (Debyes)

Energía enlace

(kcal/mol)

Longitud

enlace

Halometano

TABLA I

Propiedades físicas

Presentan mayor punto de ebullición (PE) que los alcanos correspondientes por poseer un mayor momento dipolar. El PE crece con el aumento de la masa molecular. Los fluoruros y cloruros suelen ser menos densos que el agua, mientras que los bromuros y yoduros son más densos.

Métodos de obtención de los haluros de alquilo por reacciones de sustitución

1º.- Halogenación de alcanos

Cl

₂

h

νννν

Cl

Cl

Cl

₂

h

νννν

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

₂

h

νννν

Cl

+

-( )

+

+

+

HCl

(30:70)

1-cloro-butano -2-cloro-butano butano 2-cloro-propano

+

₊

+

HCl

(43:57)

1-cloro-propano propano 2-cloro-2-metil-propano _{1-cloro-2-metil-propano}

+

₊

(35:65)

HCl

+

2-metilpropano

2

₁

2

1

2

1

2

2

Química Orgánica 2º

LECCIÓN 6

Antonio Galindo Brito 4

Cl

₂

h

νννν

Cl

Cl

Cl

Cl

1-cloro-3-metil-butano

_(14%)

+

-( )

+

-( )

+

₊

₊

+

2-metilbutano (23%) 2 1 2 3 1 2 3 2 (36%) 2-cloro-2-metil-butano butano

(27%)

butano

Br₂ Br Br Br₂ Br Br Br₂ Br _Br Br Br butano (90%) νννν h νννν h νννν h Br₂ hνννν Br Br ) (+-) (+- -2-bromobutano (98%) HBr

+

+

+

₊

₊

HBr

+

(2%) (3%) _(97%) (>99: <1)

propano bromuro de propilo bromuro de isopropilo

butano _{bromuro de butilo}

+

+

+

+

+

HBr butano (0,5% primarios) 2-metil-butano 1-bromo-2-metilbutano (9,2%) -2-Bromo-3-metil butano

+

+

+

HBr

2-metilpropano _{2-bromo-2-metilpropano} 1-bromo-2-metil-propano 2 1 2 3 1 2 3 2 2 2 2 1 1 1

X

₂

h

νννν

X

+

₊

HX

(X = Cl, Br) ciclopentano haluro de ciclopentilo

N - Br

O

O

Br

( )

+

_-

-3-Bromo-ciclohexeno

+

ciclohexeno _{NBS (N-bromo} succinimida) 1 2 3

Química Orgánica 2º

LECCIÓN 6

Antonio Galindo Brito

5

CH

₃

O

N

O

Br

CH

₂

Br

N

O

O

H

+

₊

tolueno NBS _{bromuro de bencilo} succinimida

R - OH

H - X

PX

₃

SOCl

₂

R - X

H

3

PO

3

SO

₂

+

+

+

+

+

+

H

₂

O

HCl

+

CH

₃

OH

H - Cl

CH

₃

Cl

OH

PBr

₃

Br

H

₃

PO

₃

OH

SOCl

₂

Cl

_{H - Cl}

SO

₂

+

+

H

₂

O

3

+

+

+

+

+

1-metilciclohexanol 1-clorociclohexanol 2-propanol tribromuro de fósforo

2-bromopropano ácido fosforoso

3

2-metil-2-propanol cloruro de tionilo 2-cloro-2-metil- _propano cloruro de _hidrógeno dióxido de _azufre

2 2 1 2 1 2

Obtención de haluros de alquilo por reacciones de adición

X

X

X

₂

X

₂

X

X

X

X

+-( )-1,2-dihalo-2-propano -1,2-dihalo-butano + -( )

+

H - X

2-Halo-butano

+

H - X

2-Halo-propano Propeno 1-Buteno 2 2 1 2 1 2

CH

C

R

X₂

R

CX

₂

CH

3

CHX

₂

CX

₂

R

C

C

R

R

CX

₂

CX

₂

R

R

R

CX

₂

CH

R

X₂ H - X + + (2 moles) alquino terminal

alquino interno dihaluro geminal tetrahaluro vecinal dihaluro geminal tetrahaluro vecinal (2 moles) (2 moles) (2 moles) H - X + +

Propiedades químicas de los haluros de alquilo: Sustitución nucleófila (S

_N

):

C + δδδδ X

-

δδδδ C X

-

δδδδ + δδδδ + E

-Nu

:

carbono deficiente en electrones grupo saliente nucleófilo electrófilo

;

C

X

-

δδδδ

+

δδδδ

-X

Nu

C

Nu

:

-+

+

nucleófilo grupo saliente S_N

;

Cl

_KOH

OH

_KCl

Br

KCN

CN

KBr

I

KNH

₂

NH

₂

KI

Br

CH

₃

OH

OMe

KBr

+

acuosa

₊

+

+

+

+

+

+

1-cloropropano _1-propanol 1-bromobutano pentanonitrilo 2-yodopropano 2-aminopropano 2-bromo-2-metil propano 2-metil-2-metoxipropano 1 2 1 2 1 2 1 2

Mecanismos y Cinética Química

A

₊

_B

P

a

_b

Proceso Elemental (Reacción Concertada); v = k [A] a_[B] b

Proceso bimolecular; v = k [A] [B]; k (litro . mol-1_{. s}-1₎

Proceso unimolecular; v = k [A]; Unidades de k ( s-1₎

Sal de fosfonio R₃P + _{. X} -PR₃ R – X Sal de sulfonio R₃S+ _{. X} -R₂S R – X Tiol R - SH KHS R – X Alquino R - C≡CH KC≡CH R - X Yoduro alquilo R - I KI R – X Éster R O-CO- R´ KOOCR´ R – X Sal de amonio R₄N+ _{. X} -R₃N R – X Amina R – NH – R´ LiNHR´ R – X Nitrilo R – C≡N K - CN R – X Alcano R – R´ R - Metal R – X Éter R – O – R´ KOR´ R – X Alcohol R - OH H₂O R – X Alcohol R - OH KOH R – X

Tipo

Producto

Nucleófilo

Sustrato

Química Orgánica 2º

LECCIÓN 6

Antonio Galindo Brito 9

NaOH

(CH

3

)

3

OH

NaBr

NaOH

CH

3

OH

NaBr

C

Br

H

₃

(CH

₃

)

₃

C

Br

₊

₊

v = k [MeBr] [NaOH] v = k [Me₃Br]

+

+

bromometano metanol bromuro sódico bromuro de terc-butilo terc-butanol hidróxido sódico bromuro sódico MeX 1º 2º 3º Reactividad S_N2 Reactividad S_N1

Mecanismo S

_N

2:

C

H

H

H

HO

-:

Br

_C

H

H

H

Br

O

H

δδδδ

-δδδδ

-C

O

H

H

H

H

Br

-+

sp3 Reactivos nucleófilo grupo saliente Estado de Transición sp2

*

sp3

+

Producto Nu Nu δδδδ

-

δδδδ

-X

C

H H _H

X

H H H

C

Nu

C

X

H H H

+

Reactivos

+

-:

:

sp2 Estado de Transición sp3

-:

:

*

Productos sp3

Curso estereoquímico de la S

_N

2:

HO

-:

C

Br

Et

Me

H

C

Et

Me

H

Br

-C

Et

H

Me

Br

O

H

δδδδ

-δδδδ

-O

H

+

Reactivos (2S)-Bromo-butano Inversión de la configuración

+

(2R)-Butanol

*

Estado de Transición sp2 Nucleófilo _Electrófilo 2

Factores influyentes sobre la velocidad de las S

_N

2:

(Reactivos 0)

(Reactivos 2)

(Estado de transición inicial 0)

Coordenada de reacción Energía (Estado de transición 2) Productos Productos Productos (Estado de transición 1) (Reactivos 1)

(∆

(∆

(∆

(∆

G*)

₀

(∆

(∆

(∆

(∆

G*)

₂

(∆

(∆

(∆

(∆

G*)

₁

Estructura del sustrato y su influencia en la velocidad de las S

_N

2:

C X H H H

-Nu

:

C H H

-Nu

:

C H H H C H C H H H C H H H

-Nu

:

C

-Nu

:

H C H H C C H H H H H H X X X Metilo

;

;

Etilo

;

Isopropilo terc-Butilo

Metilo >> Primario >> Secundario >> Neopentilo >> Terciario

CH

₃

X (CH

₃

CH

₂

X) (Me

₂

CHX) (Me

₃

CCH

₂

X) (Me

₃

CX)

k relativa

(3 . 10

6

) (10

5

) (2,5 . 10

2

) (1) (<1)

C

H

H

Terc-Bu

X

Me

Me

Me

H

H

X

Me

Me

Me

H

H

Nu

X

δδδδ

-δδδδ

-Haluro de neopentilo

+

*

-Nu

:

-Nu

:

:

Influencia del nucleófilo en la velocidad de las S

_N

2:

La concentración del nucleófilo influye de modo directamente proporcional en la velocidad de la S_N2 pues figura en la ecuación de la velocidad: v = k [Nucleófilo) [Haluro]. También influye la naturaleza del nucleófilo que en este sentido se clasifican como fuertes, moderados y débiles. En general, las bases conjugadas son mejores nucleófilos que los ácidos de que derivan, los nucleófilos más voluminosos reaccionan más lentamente y la mayor electronegatividad del átomo atacante hace disminuir la nucleofilia.

MeO:

-HO:

-Et

₃

N:

N≡C:

-MeOH

Cl:

-Et

₂

HN:

H

₂

O:

Me

₂

S:

I:

-F:

-H

₃

N

HS:

-CH

₃

COO:

-Br:

-Et

₃

P:

Nucleófilos débiles

Nucleófilos moderados

Nucleófilos fuertes

Química Orgánica 2º.

LECCIÓN 6

Antonio Galindo Brito 13

El tamaño del nucleófilo influye marcadamente en la velocidad de las S_N2 y así, el metóxido es menos básico que el terc-butóxido pero a pesar de ello es mejor nucleófilo, porque el terc-butóxido presenta un notable impedimento estérico debido a su gran tamaño.

H

₃

CO

:

- >>> (CH

₃

)

₃

CO

:

-Los aniones de elevado tamaño y con la carga muy deslocalizada son de muy baja nucleofilia, tal como ocurre con los aniones derivados de los ácidos minerales, tales como nitrato, nitrito, fosfato, fosfito, sulfato, hidrógeno sulfato, sulfito e hidrógeno sulfito, perclorato y peryodato, carbonatos, hidrógeno carbonato, etc. La electronegatividad del átomo atacante es un factor negativo y se puede afirmar que cuanto más electronegativo es un átomo, peor será como nucleófilo. También influye la polarizabilidad y así cuanto más alejados estén los electrones del núcleo menos retenidos estarán y por ellos la especie será más nucleófila. Por esta razón dentro de una misma familia la nucleofilia aumenta al descender dentro de la familia, ya que disminuye la electronegatividad y aumenta la polarizabilidad:

RSH > ROH; R₃P > R₃N, RSR >ROR.

Finalmente, el disolvente influye marcadamente en la nucleofilia de modo que cuanto más solvatado esté el nucleófilo por el disolvente, peor nucleófilo será. Por esta razón, los disolventes próticos son pésimos para las S_N2, pues disminuyen mucho la nucleofilia del reactivo y tanto más, cuanto más pequeño sea éste. Así, un anión fluoruro en un disolvente prótico es un pésimo nucleófilo por su elevada electronegatividad y su pequeño tamaño, mientras que el anión yoduro se ve menos afectado. De cualquier modo, los mejores disolventes para las S_N2 son los apróticos dipolares, es decir, los que carecen de hidrógenos ácidos y presentan elevados momentos dipolares. Ejemplos de estos disolventes son la propanona, el dimetilsulfóxido (DMSO), la dimetilformamida (DMF), la hexametilfosforotriamida (HMPT), el tetrahidrofurano (THF), el 1,4-dioxano, etc.

O S O H O NMe₂ P O NMe₂ Me₂N NMe₂ O O O Propanona _{Dimetilsulfóxido} (DMSO) Dimetilformamida _(DMF) Hexametilfósforotriamida (HMPT) Tetrahidrofurano (THF) 1,4-dioxano

Influencia del grupo saliente en la velocidad de las reacciones S

_N

2:

Como la pérdida del grupo saliente ocurre en la única etapa del proceso, cuanto mejor sea el grupo saliente más rápida será la reacción. Para que un átomo o grupo de átomos actúen como buen grupo saliente, deben cumplirse ciertos requisitos entre los que mencionaremos: (a) que el átomo unido al C sea lo suficientemente electronegativo como para aceptar un par electrónico y los mejores átomos para ello son el N, O, S y los halógenos(b) que la base formada después de la expulsión del grupo saliente sea débil (c) que sea fácilmente polarizable, lo que se relaciona con lo alejado del núcleo que estén los electrones.

H

₂

O, ROH, NR

₃

, PR

₃

, SR

₂

Fosfato (ROPO

₂

O

-2

₎

Sulfato (ROSO

₂

O

-

₎

Sulfonato (RSO

₂

O

-

_{) (R= Me; Mesilato; -OMs)}

(R= p-MePh; Tosilato; -OTs)

HO

-

, RO

-

, NH

₂ -

, R

₂

N

-

, RHN

-

,

Cloruro, Bromuro, Yoduro (X

-

)

Grupos salientes malos

Grupos saliente buenos

Química Orgánica 2º

LECCIÓN 6

Antonio Galindo Brito 15

Nu

:

-R -

H

3

O

+

Nu

:

-Nu - R

R -

Nu - R

HO

-OH

OH

₂

OH

R

-- OH

₂

R

+

+

H

₂

O

Catión oxonio

+

₊

H

₂

O

Buen grupo saliente

+

_{Mal grupo saliente}

+

Mal grupo saliente

Buen grupo saliente Mal grupo saliente

+

+

Nu

:

-H

₃

O

+

R -

NH

₂

Nu - R

H

2

N

C

NR

₂

C

NHR

₂

+

R - X

C

NR

₃

NR

₃

Nu

:

-C

NHR

₂

Nu

C

NHR

2

Nu

:

-C

NR

₃

Nu

C

+

₊

_H

2

O

Cationes amonio

Buenos grupos salientes

+

+

Mal grupo saliente (Base fuerte)

+

-:

base ácido

+

haluro de alquilo nucleófilo S_N2

+

Válido con carácter general

(Sólo es válido si el nucleófilo es poco básico)

+

+

S_N2

+

+

+

S_N2

Conclusión

Las reacciones S_N2 se ven favorecidas cuando el sustrato es primario o metílico, con poco impedimento estérico (con sustituyentes poco voluminosos sobre el carbono β), dotado de un buen grupo saliente y cuando se usan nucleófilos potentes no muy voluminosos, en concentraciones no bajas y se emplean disolventes apróticos.

Mecanismo S

_N

1

(CH

₃

)

₃

(CH

3

)

3

OH

NaBr

CH

₃

NaOH

_Br

CH

3

OH

NaBr

NaOH

+

C

Br

+

v = k [MeBr] [NaOH] v = k [Me₃Br] bromuro

de metilo hidróxido _sódico metanol

bromuro sódico bromuro sódico bromuro de terc-butilo terc-butanol

+

+

hidróxido sódico

Las características más acusadas que presentan las reacciones S_N1 son: (a) cinética de primer orden v = k . [Haluro], por lo que la velocidad no depende de la concentración del nucleófilo (b)

transcurren en dos etapas y por ello no son concertadas (c) implica carbocationes como especies intermedias (d) transcurren con mezclas de retención e inversión y por ello no son estereoespecíficas (e)

son típicas de haluros terciarios aunque los secundarios pueden presentarlas en ciertas ocasiones y también los primarios muy impedidos. Un ejemplo típico es la reacción anterior del bromuro de terc-butilo y el hidróxido sódico acuoso para dar terc-butanol y bromuro sódico.

(CH

₃

)

₃

C - Br

+

Br

lenta

I

(1ª Etapa) (2ª Etapa)

;

I = intermedio

I

+

-

OH

rápida

Productos

(CH

₃

)

₃

C

-(CH

₃

)

₃

C - Br

_Br

Productos

¿

?

Br

Br

-OH

-(CH

₃

)

₃

C

(CH

3

)

3

C

Manera Homolítica

+

lenta

I

rápida

Productos

+

Radical intermedio Carbocatión intermedio

+

lenta

I

+

-

OH

I

rápida

.

_.

.

Manera Heterolítica

I

+

+

bromuro de terc-butilo bromuro de terc-butilo

I

.

=

.

= radical terc-butilo

_I

+

=

= radical terc-butilo

+

La ruptura homolítica para formar el radical terc-butilo sólo requiere 63 kcal/mol, mientras que la ruptura heterolítica para formar el anión bromuro y el catión terc-butilo exige 157 kcal/mol. Por lógica, el proceso debería transcurrir de manera homolítica pero realmente transcurre de modo heterolítico y la explicación hay que buscarla en el papel que juega el disolvente solvatando de manera preferencial el estado de transición frente a los reactivos, lo que rebaja sustancialmente la energía libre de activación de la reacción y permite que esta discurra fácilmente. Si eliminamos el disolvente la reacción marcharía de modo homolítico y los productos serían muy diferentes.

k_{2 <} k₁

Coordenada de reacción Energía

(Estado de transición sin solvatar)

Productos Productos (∆ (∆ (∆ (∆G*)₁ (∆ (∆(∆ (∆G*)₃ (∆ (∆ (∆ (∆G*)₂ >> (∆(∆(∆(∆G*)₁ (∆ (∆ (∆ (∆G*)₂ Productos

(Estado de transición muy solvatado)

(Reactivos solvatados) (Reactivos sin solvatar)

(∆ (∆(∆ (∆G*)_{3 <<} (∆(∆(∆(∆_G*) 1 k >> k₁

(CH

₃

)

₃

C

Br

(CH

3

)

3

C

Br

-

Br

-solv

(CH

₃

)

₃

C

Br

-(CH

₃

)

₃

C

lenta

.

Par Iónico íntimo

+

Iones separados solvatados Par Iónico separado

por el disolvente

+

catión terc-butilo solvatado bromuro de terc-butilo

solv

+

+

CH

₃

CH

₂

C

H

CH

₃

OH

-OH

-C

C

OH

H

CH

₃

CH

₃

CH

₂

CH

₃

CH

₂

OH

CH

₃

H

+

Lóbulo orbital p Lóbulo orbital p

+

Nucleófilo Nucleófilo (2R)-Butanol (2S)-Butanol (50 : 50) Mezcla racémica Catión 2-butilo 2 2 2

El curso estereoquímico es mezcla de retención e inversión y si se parte de un enantiómero puro con un solo centro quiral se llega a una mezcla racémica:

C CH₃ H Me Br NaOH CH₃ H Me O H H3C H Me OH (3R, 4R)-3-bromo-3,4-dimetilheptano

+

Agua-Acetona

+

(3R, 4R)-dimetil-3-heptanol Producto de Retención (3S, 4R)-dimetil-heptanol Producto de Inversión Mezcla de dos diastereómeros (50:50)

*

*

*

*

_*

*

4 3 4 3 4 3

Si el sustrato es un enantiómero puro pero posee varios centros quirales de los que sólo uno interviene en la reacción, entonces se genera una mezcla de dos diastereómeros en igual proporción:

Estabilidad relativa de los carbocationes:

Terciario > Secundario > Primario > Metilo

(CH

₃

)

₃

C

+

> (CH

₃

)

₂

CH

+

> CH

₃

CH

₂ +

>> CH

₃+

CH

CH

₂

CH

₂

CH

₂

CH

₂

CH

₂

C

CH

₂

_CH

2

Catión (2E, 4)-pentadien-1-ilo Catión pentadien-1-ilo

+

(a) (b) (a) (b) Catión 2-propen-1-ilo

Catión (1, 4)-pentadien-3-ilo Catión (2E, 4)-pentadien-1-ilo

Catión pentadien-1-ilo Catión pentadien-1-ilo Cationes alílicos

+

+

+

+

+

+

1 ₂ 3 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 1 2 1 2 4 3 1 2 4 3

+

+

CH_{2 CH} 2 CH CH CH₂ CH₂ CH CH CH CH CH CH

+

+

+

+

+

+

+

etc. etc.

Cationes bencílicos

Terciario > Bencílico > Secundario > Alílico > Primario > Metilo

Factores que influyen en la velocidad de las reacciones S

_N

1:

1º.- Estructura del sustrato

Terciario > Bencílico > Secundario > Alílico > Primario > Metilo

2º.- Naturaleza y concentración del nucleófilo

(No influye)

3º.- Naturaleza del grupo saliente

(Idénticos comentarios que para la S

_N

2)

4º.- Naturaleza del disolvente

La S

_N

1 está favorecida por el uso de disolventes próticos (H

₂

O, ROH, ArOH, RCOOH,

etc.) que estabilizan al catión por solvatación.

R

+

O

R

H

:

..

O

R

H

:

..

O

R

_H

:

..

O

R

H

:

..

Solvatación del catión y del grupo saliente por un disolvente tipo alcohol

X

:

..

-:

..

O

R

H

:

..

O

R

H

:

..

O

R

H

:

..

O

R

H

:

..

Transposiciones en las reacciones S

_N

1

En ciertas ocasiones los carbocationes pueden sufrir profundos cambios estructurales conocidos como

transposiciones para dar lugar a carbocationes más estables. Estos cambios pueden producirse después de haberse formado el carbocatión o incluso durante su formación. Aunque existen varios tipos de transposiciones nosotros sólo consideraremos las llamadas (1,2), es decir, aquellas en las que un grupo que se mueve con su par de enlace se halla contiguo al C catiónico.

C

C

Ph

H

R

R

Ph

C

C

H

R

Ph

C

C

H

C

C

Ph

R

H

C

C

Ph

H

R

+

*

*

(1,2) H (1,2)R

+

+

+

δδδδ

+

δδδδ

+

+

δδδδ

δδδδ

Br OH HBr Br OH HBr Br OH HBr Br OH HBr 3-Bromo-2,2-dimetil-butano (Haluro secundario racémico)

+

+

Bromuro de isobutilo (Haluro primario) H₂O 2-Metil-2-propanol (Alcohol terciario)

+

H₂O

+

2-Bromo-3-metil-butano (Haluro secundario racémico)

2,3-dimetil-2-butanol (Alcohol terciario)

+

H₂O

+

Bromuro de neo-pentilo (Haluro primario) 2,3-Dimetil-2-butanol (Alcohol terciario)

+

H₂O

+

;

;

2-Metil-2-butanol (Alcohol terciario) 2 3 2 ₃ 2 3 2 1 2 1 2 3 2 2

OH

Br

-Br

C

H

CH

OH

₂

:

..

Br

-Br

H

C

O

H

H

..

2,3-Dimetil-2-butanol (Alcohol terciario) 3-Bromo-2,2-dimetil-butano

(Haluro secundario racémico)

+

+

Catión 3,3-dimetil-2-butilo Catión 2,3-dimetil-2-butilo

+

+

+

bromuro de hidrógeno

:

2 3 2 3 2 3 2 3 2 ₃

Br

-Br

Br

C

H

CH

H

Br

-C

OH

HO -

H

..

₊

H

₊

2-Bromo-3-metil-butano (Haluro secundario racémico)

2-Metil-2-butanol (Alcohol terciario) Catión 3-metil-2-butilo

+

₊

+

Catión 2-metil-2-butilo

OH

₂

..

:

bromuro de hidrógeno 2 2 2 3 2 3 2

Br

H

Br

-

Br

_H

_Br

-C

OH

HO -

H

+

2-Metil-2-propanol (Alcohol terciario)

+

+

Catión 2-metil-2-propilo

OH

₂

..

:

bromuro de hidrógeno 1-bromo-2-metil-propano

:

+

..

2 2 1 2 2 Br Br

-

HBr Br

-C OH HO - H

..

+ Bromuro de neo-pentilo (Haluro primario)

+

2-Metil-2-butanol (Alcohol terciario)

+

+ Catión 2-metil-2-butilo OH₂

..

:

bromuro de hidrógeno

:

₂ 2 2 1 2

Conclusión.-

Las reacciones S_N1 se ven favorecidas por la naturaleza terciaria del haluro, por la presencia de un buen grupo saliente, por el uso de nucleófilos débiles y por la utilización de disolventes fuertemente polares y próticos.

Conviene tener en cuenta que no deben postularse nunca cationes primarios y por ello en sustratos primarios impedidos como el bromuro de isobutilo y el de neopentilo, la transposición tiene lugar sin que se forme el catión primario. Para sustratos que puedan formar cationes secundarios, como ocurre con el 2-bromo-3,3-dimetil-butano y el 2-bromo-3-metil-butano se generan cationes secundarios y luego sobre éstos ocurren las transposiciones. Finalmente, las transposiciones más favorecidas son la que forman cationes terciarios, bien directamente, bien a través de cationes secundarios.

Competición entre S

_N

2 y S

_N

1

Las reacciones S_N2 ocurren preferentemente sobre sustratos metílicos o primarios no impedidos, mientras que las S_N1 ocurren sobre sustratos terciarios y primarios o secundarios muy impedidos. Los sustratos secundarios pueden reaccionar por uno u otro mecanismo en función de las condiciones experimentales y puede decirse que para estos sustratos las condiciones ideales para la S_N2 son: un buen nucléofilo que no sea muy voluminoso y se halle en buena concentración y una disolvente aprótico dipolar. Si se quiere que la reacción progrese por el mecanismo S_N1 las condiciones ideales para los sustratos secundarios son, un nucleófilo malo en baja concentración y un disolvente prótico.

Competición entre las S

_N

2 y S

_N

1

La cinética de la S_N2 es de segundo orden y la de la S_N1 es de primer orden. En la S_N2 se requieren nucleófilos fuertes mientras que en la S_N1 no es importante de modo que un nucleófilo fuerte favorece la S_N2 mientras que uno débil lo hace con la S_N1. El sustrato es importante y tal como dijimos anteriormente los metílicos y primarios no impedidos progresan por la S_N2 con inversión de la configuración, mientras que los terciarios lo hacen a través de la S_N1. El caso de los secundarios lo discutimos anteriormente. El disolvente es muy importante y los próticos polares favorecen la S_N1 y los apróticos dipolares la S_N2. Finalmente, en las S_N1 pueden tener lugar transposiciones cosa que no ocurre en las S_N2.

Competición entre Sustituciones y Eliminaciones

Debe tenerse en cuenta que cada vez que ocurre una reacción S_N puede tener lugar también una E, pero las mejores condiciones para que ocurra una u otra se verán en la próxima lección.

Química Orgánica 2º

LECCIÓN 6

Antonio Galindo Brito 28

Usos industriales de los Haluros de Alquilo

1.- Han sido utilizados como disolventes, particularmente los polihalogenados:

Cl₄C Cl₃CCH₃ Cl₂CH₂ Cl₃CH

tetracloruro

de carbono 1,1,1-tricloro- _etano diclorometano cloroformo

2.- Se han utilizado y alguno aún se utiliza como anestésicos:

Cl₃CH CF3CHClBr ClCH3

cloroformo halotano cloruro de metilo

3.- Como gases refrigerantes en la industria del frío (cloroflurorocarbonos; CFC):

CF₂Cl₂ CHF2Cl freón 12 freón 22

4.- Como insecticidas en la lucha contra las plagas dañinas para la agricultura y la salud:

O Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl CCl₃ - CH Cl Cl Cl Cl _Cl H Cl H Cl Cl Cl Cl _Cl Cl H H H Cl H Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl kepona

1,1,1-tricloro-2,2-bis-(p-diclorofenil)-etano(DDT) lindano aldrin

clordano 1 ₂