Efeitos de substituição nucleofílica aromática, exemplos

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Basil Manning

O substituição nucleofílica aromática (SNAr) é uma reação que ocorre na química orgânica, que consiste no deslocamento de um bom grupo de saída por um nucleófilo que chega. Do ponto de vista de seu mecanismo e aspectos eletrônicos, é o lado oposto da substituição eletrofílica aromática (SEAr)..

Geralmente, o grupo de saída é um halogênio, que surge como um ânion haleto X-. Essa reação só pode ocorrer se o anel aromático (principalmente benzeno) for deficiente em elétrons; isto é, se ele tiver grupos substituintes que retiram elétrons.

Equação geral para uma substituição nucleofílica aromática. Fonte: Sponk [domínio público]

A imagem superior descreve o que foi dito no parágrafo anterior. O grupo atrator de elétrons EWG (por sua sigla em inglês: Grupo de Retirada de Elétrons), ativa o anel aromático para o ataque nucleofílico da espécie negativa Nu-. Pode-se ver que um intermediário é formado (no centro), a partir do qual o haleto X é liberado ou sai-.

Observe que, em termos simples, X é substituído por Nu em um anel aromático. Esta reação é muito versátil e necessária na síntese de novos fármacos, bem como nos estudos de química orgânica sintética..

Índice do artigo

  • 1 Aspectos gerais
    • 1.1 Diferenças com a substituição eletrofílica aromática
  • 2 efeitos
    • 2.1 Do número de substituintes
    • 2.2 Do grupo de saída
  • 3 exemplo
    • 3.1 Comentário final
  • 4 referências

Aspectos gerais

O anel aromático pode ser "carregado" ou "descarregado" de elétrons, dependendo de quais são seus substituintes (aqueles que substituem a ligação C-H original).

Quando esses substituintes podem doar densidade de elétrons ao anel, diz-se que eles o enriquecem com elétrons; Se, ao contrário, eles são atratores de densidade de elétrons (o EWG mencionado acima), então é dito que eles empobrecem o anel de elétrons.

Em ambos os casos, o anel é ativado para uma reação aromática específica, enquanto é desativado para a outra..

Por exemplo, diz-se que um anel aromático rico em elétrons é ativo para substituição aromática eletrofílica; ou seja, ele pode doar seus elétrons para uma espécie eletrofílica, E+. No entanto, não vai doar elétrons para uma espécie Nu-, uma vez que cargas negativas se repelem.

Agora, se o anel é pobre em elétrons, não há como dá-los à espécie E+ (SEAr não ocorre); por outro lado, tem disponibilidade para aceitar os elétrons da espécie Nu- (o SNAr é desenvolvido).

Diferenças com substituição eletrofílica aromática

Uma vez que os aspectos gerais de entrada tenham sido esclarecidos, algumas diferenças entre o SNAr e o SEAr podem agora ser listadas:

- O anel aromático atua como um eletrófilo (deficiente em elétrons) e é atacado por um nucleófilo.

- Um grupo de saída X é substituído no anel; não um H+

- Carbocações não são formadas, mas intermediários com uma carga negativa que pode ser deslocalizada por ressonância

- A presença de mais grupos atratores no anel acelera a substituição em vez de desacelerá-la

- Finalmente, esses grupos não têm efeitos direcionadores sobre onde (em qual carbono) a substituição ocorrerá. A substituição sempre ocorrerá no carbono anexado ao grupo de saída X.

O último ponto também é ilustrado na imagem: a ligação C-X se quebra para formar a nova ligação C-Nu.

Edição de efeitos

Do número de substituintes

Naturalmente, quanto mais pobre em elétrons for o anel, mais rápido será o rSNA e menos drásticas serão as condições necessárias para que ele ocorra. Considere o seguinte exemplo representado na imagem abaixo:

Efeitos dos substituintes nas substituições do 4-nitroclorobenzeno. Fonte: Gabriel Bolívar.

Observe que o 4-nitroclorobenzeno (anel azul) requer condições drásticas (alta pressão e temperatura de 350 ºC) para que ocorra a substituição do Cl por OH. Neste caso, o cloro é o grupo de saída (Cl-), e hidróxido o nucleófilo (OH-).

Quando o grupo NÃO aparecedois, que é um atrator de elétrons (anel verde), a substituição pode ser realizada a uma temperatura de 150 ° C à pressão ambiente. Conforme o número de grupos NÃO aumentadois presente (anéis roxos e vermelhos), a substituição ocorre em temperaturas mais baixas e mais baixas (100ºC e 30ºC, respectivamente).

Portanto, os grupos NÃO sãodois acelera rSNA e priva o anel de elétrons, tornando-o mais suscetível ao ataque de OH-.

As posições relativas de Cl em relação ao NÃO não serão explicadas aqui.dois em 4-nitroclorobenzeno, e como estes alteram a velocidade da reação; Por exemplo, as taxas de reação de 2-nitroclorobenzeno e 3-nitroclorobenzeno são diferentes, sendo o último o mais lento em comparação com os outros isômeros.

Do grupo de saída

Retomando o 4-nitroclorobenzeno, sua reação de substituição é mais lenta quando comparada à sua contraparte fluorada:

Efeito do grupo de saída nas reações SNAr. Fonte: Gabriel Bolívar.

A explicação para isso não pode estar em qualquer outra variável que não a diferença entre F e Cl. O flúor é um péssimo grupo de saída, uma vez que a ligação C-F é mais difícil de quebrar do que a ligação C-Cl. Portanto, a quebra deste vínculo não é a etapa determinante da velocidade para o SNAr, mas a adição do Nu- para o anel aromático.

Como o flúor é mais eletronegativo do que o cloro, o átomo de carbono ligado a ele tem uma deficiência eletrônica maior (Cδ+-Fδ-) Consequentemente, o carbono da ligação C-F é muito mais suscetível a ser atacado por Nu- do que a ligação C-Cl. É por isso que a substituição de F por OH é muito mais rápida do que a de Cl por OH.

Exemplo

Substituição eletrofílica aromática de 2-metil-4-nitrofluorobenzeno por para-cresol. Fonte: Gabriel Bolívar.

Finalmente, um exemplo deste tipo de reações orgânicas é mostrado abaixo na imagem acima. O para-cresol não parece ser um nucleófilo; mas como há um meio básico, seu grupo OH é desprotonado, deixando-o como um ânion fenóxido, que ataca o 2-metil-4-nitrofluorobenzeno.

Quando esse ataque ocorre, diz-se que o nucleófilo se soma ao eletrófilo (o anel aromático do 2-metil-4-nitrofluorobenzeno). Esta etapa pode ser vista à direita da imagem, onde o composto intermediário é formado com ambos os substituintes pertencentes ao anel.

Quando o para-cresol é adicionado, uma carga negativa aparece que é deslocalizada por ressonância dentro do anel (observe que ela deixa de ser aromática).

Apenas a última estrutura de ressonância é mostrada na imagem, a partir da qual o flúor termina como F-; mas, na realidade, essa carga negativa é deslocalizada até mesmo nos átomos de oxigênio do grupo NOdois. Após a etapa de adição, vem a etapa de eliminação, a última, que é quando o produto é finalmente formado.

Comentário final

O grupo NÃOdois remanescente pode ser reduzido ao grupo NHdois, e a partir daí é possível realizar mais reações de síntese para modificar a molécula final. Isso destaca o potencial sintético do rSNA, e que seu mecanismo também consiste em duas etapas: uma para adição e outra para eliminação..

Atualmente, entretanto, há evidências experimentais e computacionais de que a reação realmente ocorre de acordo com um mecanismo combinado, onde ambas as etapas ocorrem simultaneamente por meio de um complexo ativado e não de um intermediário..

Referências

  1. Morrison, R. T. e Boyd, R, N. (1987). Quimica Organica. 5ª Edição. Editorial Addison-Wesley Interamericana.
  2. Carey F. (2008). Quimica Organica. (Sexta edição). Mc Graw Hill.
  3. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Química orgânica. Aminas. (10ª edição). Wiley plus.
  4. Wikipedia. (2019). Substituição nucleofílica aromática. Recuperado de: en.wikipedia.org
  5. James Ashenhurst. (6 de setembro de 2019). Substituição Nucleofílica Aromática (NAS). Recuperado de: masterorganicchemistry.com
  6. Chemistry LibreTexts. (5 de junho de 2019). Substituição Nucleofílica Aromática. Recuperado de: chem.libretexts.org

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