05 - sna y bencino
TRANSCRIPT
¿Cuál es la diferencia entre Ar- y Ph-?
Ph es "fenilo", y se refiere específicamente a:
Ar es "arilo" y es un modo general de referirse a los aromáticos:
C
N
N
O
Haluros de Arilo
Enlaces en Haluros de Arilo
Haluros de Arilo
Los haluros de arilo son haluros en loscuales el halógeno se encuentradirectamente unido al anillo aromático.
Los enlaces C-X en los haluros de ariloson más cortos y fuertes que en loshaluros de alquilo.
X
spsp33
XX = H = H
410 (98)410 (98)
XX = Cl = Cl
339 (81)339 (81)
HH22CC CHXCHX spsp22 452 (108)452 (108) 368 (88)368 (88)
XX spsp22 469 (112)469 (112) 406 (97)406 (97)
EnergEnergía ía de Enlacede Enlace::kJ/mol (kcal/mol)kJ/mol (kcal/mol)
CH3CH2X
Energías de Disociación de Algunos Compuestos
Resonancia
X X
HH
X
Los enlaces C-X en los haluros dearilo tienen más carácter de dobleenlace que los enlaces C-X en loshaluros de alquilo
Fuentes de Haluros de Arilo
Preparación de Haluros de Arilo
Halogenación de arenos
H
Br2
FeBr3Br
HBr
sustitución electrofílica aromática
La Reacción de Sandmeyer
diazotación-sustitución nucleofílica aromática
Preparación de Haluros de Arilo
ArilaminaPrimaria
Sal de Arildiazonio
NH H
N
NaNO2
HCl, H2O
N
CuCl
calor
Cloruro de arilo
Cl
N+
O–
ON+
O–
ON+
O–
O
Cl
La Reacción de Schiemann
Preparación de Haluros de Arilo
ArilaminaPrimaria
Sal de Arildiazonio
NH H
N1. NaNO2 HCl, H2O
2. HBF4
N
H2O
calor
Fluoruro de arilo
FBF4
O
Me
O
Me
O
Me
diazotación-sustitución nucleofílica aromática
Reacción de las sales de diazonio con ión yoduro
Preparación de Haluros de Arilo
diazotación-sustitución nucleofílica aromática
Arilamina Primaria
Sal deArildiazonio
NH H
N
NaNO2
HCl, H2O
N
KI
temp.amb.
Yoduro de Arilo
I
Me Me Me
Cl
Propiedades Físicas de los
Haluros de Arilo
se parecen a los haluros de alquilo
son esencialmente insolubles en agua
son menos polares que los haluros de alquilo
ClCl
ClCl
μμ 1.7 D 1.7 Dμμ 2.2 D 2.2 D
Propiedades Físicas de los Haluros de Arilo
Reacciones de los Haluros de Arilo
Reacciones que Involucran Haluros de Arilo
Sustitución electrofílica aromática
los sustituyentes haluro son directores orto/para ydesactivantes
Bromobenceno
Br BrBrOH
(ácido hipobromoso) Br
Br
Br
Br
Br
35.7% 1.0% 64.3%
Formación de reactivos de Aril Grignard
Reacciones que Involucran Haluros de Arilo
Bromobenceno
Br MgBrMg
Et2O
Bromuro de Fenilmagnesio
Reacciones de Sustitución con Haluros de Arilo
Hasta ahora, no habíamos visto ninguna reacciónde sustitución nucleofílica de haluros de arilo.
La sustitución nucleofílica sobre clorobencenoocurre tan lentamente, que es necesario utilizarcondiciones que la fuercen.
Sustitución Nucleofílica de Clorobenceno
Cl OH
(97%)
1. NaOH, H2O 370°C
2. H+
Esta reacción no procede via SN2……..
la SN2 no es razonable porque el anilloaromático bloquea el ataque “porretaguardia” del nucleófilo. No es posibleque ocurra la inversión de configuración.
¿Por qué el Clorobenceno no es reactivo?
Tampoco es Probable la SN1:los Cationes Arilo son Altamente Inestables
la SN1 no es razonable porque:
1) el enlace C—Cl es fuerte: por lo tanto, laionización a un carbocatión es un procesode alta energía
2) los cationes arilo son altamente inestables
Cl
C
+ Cl
SN1
orbital sp2
vacío
Catión Arilo
La Reacción SN1 es Posible con Grupos SalientesExcepcionalmente Buenos como el Dinitrógeno
Este es un caso único: los haluros no songrupos salientes tan poderosos comopara que ocurra este mismo proceso.
N
CSN1
N
H2O
OH
Catión Arilo
¿Cuál es el Mecanismo de esta Reacción?
Cl OH
(97%)
1. NaOH, H2O 370°C
2. H+
Sustitución Nucleofílica en Haluros
de Alquilo Nitro-Sustituídos
Sustitución Nucleofílica Aromática (SNAr)?
H
E E
Sustitución Electrofílica Aromática
HE
-H+
Nuc
¿Sustitución Nucleofílica Aromática?
X
Nuc
XNuc
-X-
Cl
NO2
+ NaOCH3
OCH3
NO2
+ NaCl
(92%)
CH3OH
85°C
En contraste con el clorobenceno, los haluros
de arilo nitro-sustituídos sufren sustitución
nucleofílica aromática a temperaturas
razonables
Los Haloarenos Deficientes de ElectronesSufren Sustitución Nucleofílica Aromática
1.01.0 7 x 107 x 101010 2.4 x 102.4 x 101515 demasiado rdemasiado rápidaápida!!
Cuanto Más Deficiente en Electrones Sea elAreno, Más Rápida Será la Sustitución
ClCl Cl
N+–O O
N+
O–
O
N+–O O
Cl
N+
O–
O
N+–O O
N+
O–
O
¡No Ocurre Desplazamiento Directo!
Br
Nuc:
Nuc
Cinética de la Sustitución Nucleofílica Aromática
sigue una ley de segundo orden:
velocidad = k [haluro de arilo] [nucleófilo]
inferencia:
el paso lento involucra tanto al haluro de arilocomo al nucleófilo
La velocidad de reacción depende de X: I > Br > Cl > F
Efecto del Grupo Saliente en la Velocidad de las SN2
Durante las reacciones SN2, el enlace C-Xse rompe durante el paso lentodeterminante de la velocidad
C-F (485 kJ/mol), C-Cl (327 kJ/mol)
C-Br (285 kJ/ml, C-I (213 kJ/mol)
R'
CR
XR''
R'
C
R R''
XNuc
+R'
CNuc
RR''
XX Velocidad RelativaVelocidad Relativa**
FF
ClCl
BrBr
II
312312
1.01.0
0.80.8
0.40.4
*NaOCH*NaOCH33, CH, CH33OH, 50°COH, 50°C
X
NO2
C-F (485 kJ/mol), C-Cl (327 kJ/mol)
C-Br (285 kJ/ml, C-I (213 kJ/mol)
Efecto del Grupo Saliente en la Velocidad de lasSustituciones Nucleofílicas Aromáticas
Carácterísticas Generales del Mecanismo
1. el paso determinante de la velocidad bimolecular escuando el nucleófilo ataca al haluro de arilo
2. el paso determinante de la velocidad precede laruptura del enlace carbono-halógeno
3. el estado de transición del paso determinante de lavelocidad está estabilizado por grupos atractores deelectrones (tales como NO2)
El Mecanismo de Adición-Eliminación
de la
Sustitución Nucleofílica Aromática
Mecanismo de Adición-Eliminación
Mecanismo en dos pasos:
Paso 1
el nucleófilo ataca al haluro de arilo y se une alcarbono que lleva el halógeno (paso lento: sepierde la aromaticidad del anillo)
Paso 2
el intermedio formado en el primer paso pierdehaluro (paso rápido: se recupera la aromaticidaddel anillo)
F
NO2
+ NaOCH3
OCH3
NO2
+ NaF
(92%)
CH3OH
85°C
Mecanismo de Adición-Eliminación
Paso 1 - Paso 1 - AdiciAdicióónn
F
NO2
CH3 Obimolecular
consistente con unacinétia de segundoorden;
primer orden en elhaluro de arilo, primerorden en el nucleófile
Velocidad = k [CH3ONa] [areno]
Mecanismo de Adición-Eliminación
Mecanismo de Adición-Eliminación
Paso 1 - Paso 1 - AdiciAdicióónn
F
NO2
LentoH
CH3OF
NO2
CH3 O
el intermediario tiene carganegativa
se forma más rápidocuando el anillo tienegrupos atractores deelectrones tales comogrupos NO2 porque seestabiliza la carganegativa……..
La Reacción Implica un Intermedio Aniónico
F
HCH3O
NO O
Estabilización del Producto de Adición por partede Grupos Atractores Electrónicos
FCH3O
H
N
O ON
FCH3O
O O
H
Colapso Rápido del IntermediarioAnión Ciclohexadienilo
Paso 2 - Paso 2 - EliminaciEliminacióónn
Rápido
OCH3
NO2
FCH3O
H
N
O O
F
la ruptura del enlace carbono-halógeno no ocurrehasta después del paso lento determinante
el F electronegativo estabiliza el intermediario negativamente cargado
F > Cl > Br > I F > Cl > Br > I es inusuales inusual, , pero consistente pero consistente con el con el mecanismomecanismo
El Rol de los Grupos Salientes
El Rol de los Grupos Salientes
FNuc
H
N
O O
ClNuc
H
N
O O
BrNuc
H
N
O O
INuc
H
N
O O
Más Estabilizado Menos Estabilizado
Reacciones de Sustitución Nucleofílica
Aromática Relacionadas
Seis sustituyentes flúorestabilizan elintermediarionegativamente cargadoformado en el paso lentodeterminante de lavelocidad e incrementanla velocidad de lasustitución nucleofílicaaromática.
Sustitución de Hexafluorobenceno
(72%)
OCH3
FF
FF
F
F
FF
F F
F
NaOCH3
CH3OH65°C
F
FF
F F
F
CH3O
Intermediario Aniónico
Sustitución de 2-Cloropiridina
N Cl N OCH3
NaOCH3
CH3OH
50°C
La 2-Cloropiridina reacciona 230,000,000 veces másrápido que el clorobenceno bajo estas condiciones.
El nitrógeno es máselectronegativo queel carbono, yestabiliza elintermediarioaniónico,incrementando lavelocidad a la cualéste se forma.
Sustitución de 2-Cloropiridina
N Cl N OCH3
NCl
OCH3
NaOCH3
CH3OH
50°C
Intermediario Aniónico
CH3O
Comparar la 2-Cloropiridina con el Clorobenceno
N Cl N OCH3
NaOCH3
CH3OH
50°C
Cl OH
1. NaOH, H2O
370°C
2. H+
Aplicación Sintética de la
Sustitución Nucleofílica Aromática
Ofloxacina
http://www.ofloxacin.com/
La Ofloxacina(nombrecomercialFloxin) es unantibiótico tipoquinolona deamplioespectro
Ofloxacina
N
O
O O
OEt
Me
H
N
F
NMe
H
N
O
O O
OH
Me
H
N
F
NMe
H
Síntesis of Ofloxacina, Parte 1
F
F
O O
OEt
F
F
OMe
H
F
F
O O
OEt
F
F
OMe
H
HN
MeOH
F
F
O O
OEt
F
F
H
NH
MeOH
NH2
MeOH -MeO
Adición 1,4-
Eliminación
Síntesis of Ofloxacina, Parte 2
N
O O
OEt
F
F
H
FMe
OH
N
O O
OEt
F
F
H
FMe
OHF
F
F
O O
OEt
F
F
H
NH
MeOH
Eliminación
Adición
SustituciónNucleofílicaAromática
Síntesis of Ofloxacina, Parte 3
N
O
O O
OEt
Me
H
F
F
H
N
O
O O
OEt
Me
H
F
F
H
N
O O
OEt
F
F
H
FMe F
H
HO
Adición
EliminaciónSustituciónNucleofílicaAromática
-F
Síntesis of Ofloxacina, Parte 4
N
O
O O
OEt
Me
H
N
F
NMe
H
N
O
O O
OEt
Me
H
F
F
H
N
N
Me
N
O
O O
OEt
Me
H
F
F
H
NH
NMe
Adición
Eliminación
SustituciónNucleofílicaAromática
Síntesis of Ofloxacina, Parte 5
Ofloxacina
N
O
O O
OH
Me
H
N
F
NMe
H
N
O
O O
OEt
Me
H
N
F
NMe
H
NaOHH2O
El Bencino y el Mecanismo de
Eliminación-Adición en la
Sustitución Nucleofílica Aromática
Los Haluros de Arilo Sufren Sustitución Cuandose los Trata con Bases Muy Fuertes
Cl NH2
(52%)
KNH2, NH3
-33 °C
Amoníaco: pKa = 34; b.p. = -33 °C
Amiduro de Potaso: base fuerte
el nuevo sustituyente se une al átomo de carbono que llevaba
el sustityente, o bien al carbono adyacente al mismo
CH3
NaNH2, NH3
-33 °C
CH3
NH2
CH3
NH2
Br
Regioquímica
Producto de sustitución “cine”
¿Sustitución “Cine”?
sustitución cine:
Una reacción de sustiución(generalmente aromática) en la cualel grupo atacante se ubica en unaposición adyacente a la que ocupa elgrupo abandonante o saliente.
CH3
NaNH2, NH3
-33 °C
CH3 CH3
NH2
Br NH2
Regioquímica
el nuevo sustituyente se une al átomo de carbono que llevaba
el sustityente, o bien al carbono adyacente al mismo
Producto de sustitución “cine”
CH3
NaNH2, NH3
-33 °C
CH3CH3
NH2
NH2
CH3
NH2
Br
Regioquímica
Producto de sustitución “cine”
Producto de sustitución “cine”
Prueba Adicional de la Sustitución CineObtenida por Marcado con 14C
Cl NH2
KNH2, NH3
-33 °C
* *NH2
*
(52%)(48%)
Producto de sustitución “cine”
el compuesto que se forma en este paso se llama bencino
Racionalización de la Sustitución Cine
Paso 1 - Paso 1 - EliminaciEliminacióónn
ClCl
H N
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
N
H
H
H
Bencino
El Bencino - Una Molécula ReactivaCon Enlaces- Anormales
El bencino tiene un triple enlace reactivo.
No se lo puede aislar en esta reacción, pero seforma como un intermediario de alta reactividad.
H
H
H
H
Bencino
H
H
H
H
Enlace 2pZ-2pZ
H
H
H
H
Enlace sp2-sp2
El Bencino - Una Molécula Aromática Reactivacon un Enlace- Anormal y Plano
C
C
R
R
Triple enlace C-C 'Normal'
CC
C
CCCH
H H
H
Triple Enlace C-C del Bencino
al combinar orbitales sp2
ocurre un solapamiento pobre, y un enlace débil yde alta reactividad
Los Arinos son Electrófilos Altamente Reactivos
Paso 2 - Paso 2 - AdiciAdicióónnH
H
H
HN
H
HN
H
H
H
H
H
H
Anión AriloBencino
Los Aniones Arilo Son Bases Muy Fuertes
Paso 3 - Paso 3 - ProtonaciProtonacióónn
NH
H
N
H
H
H
H
H
H
Producto deSustituciónBencino
N
H
H
H
H
H
H
H
H
NH
H
Hidrólisis de Clorobenceno
Cl
OH
NaOH, H2O
395 °C
*
* *
(43%)(54%)
OH
El marcado con 14Cindica que lareacción a altatemperatura delclorobenceno conNaOH procede viabencino.
La Sustitución del ClorobencenoProcede via Bencino
Producto de Sustitución “cine”
Cl
HBencino
NaOH NaOH
H2O
* *
OH
OH*
*
¿Por Qué la Diferencia de Temperaturas?
Cl OH
Cl NH2
KNH2, NH3
-33 °C
1. NaOH, H2O
370°C
2. H+
El amiduro de Sodio esconsiderablemente másbásico que el hidróxido, yen consecuencia máscapaz de levar a cabo elpaso lento determinantede la reacción.
Esquema Completo
CH3 CH3 CH3
NH2
CH3
NaNH21. NaNH2
2. NH3
Br NH2
CH3 CH3 CH3
NH2
Br NH2
CH3
NaNH21. NaNH2
2. NH3
Esquema Completo
CH3CH3
NH2
NH2
CH3
NH2
CH3
Br
CH3
NaNH2
CH3
1. NaNH2
2. NH3
1. NaNH2
2. NH3
1. NaNH2
2. NH3
Esquema Completo
Otros Métodos para la Preparación del Bencino
El bencino se puede preparar como un intermediarioreactivo por otros métodos, además del tratamiento declorobenceno con una base fuerte.
Por ejemplo, se puede perder un ión fluoruro a partir delreactivo de Grignard de 1-bromo-2-fluorobenceno.
El bromuroreacciona con Mgmuchísimo másrápido que elfluoruro
Otros Métodos para la Preparación del Bencino
Br MgBrMg
THFcalorF F
Bencino
MgFBr
Preparación de Bencino via laDiazotación del Ácido Antranílico
ÁcidoAntranílico
Sal de Arildiazonio
NH
H
NaNO2
HCl, H2OCl
OH
O
N
OH
O
N
NaOH
N
O
O
N
Calor
N2 + CO2Bencino
Reacciones de Cicloadición del Bencino
¿Qué es una Cicloadición?
Cicloadición,
una reacción en la cual dos o másmoléculas (o bien partes de una mismamolécula) se combinan con formación deun aducto cíclico en el cual no hay unareducción en la multiplicidad de enlace.
La Reacción de Diels-Alder
BA
X Y
A
X
B
Y
cicloadición
dieno dienófilo cicloaducto
H
H
H
H
isopreno anhidrido maleico cicloaducto
O
O
O
H3C H3C
O
O
O
100°C
Los Alquinos Deficientes en ElectronesSon Buenos Dienófilos
butadieno but-3-in-2-ona cicloaducto
120°C
CH3O
HH
CH3
O
El Bencino se Comporta como Dienófilo
El bencino es un dienófilo bastante reactivo, y daaductos de Diels-Alder cuando se lo genera en lapresencia de dienos conjugados.
CH3O
H
H
H
O
O
O
H
H
H
H
Bencino
El Bencino Participa en Reacciones de Diels-Alder
BrMg
THFcalorF
Dienófilo
+
(46%)CicloaductoDieno
En Ausencia de Dienos (o otros nucleófilos) el BencinoSufre Dimerización y Trimerización
BrMg
THFcalorF
Bifenileno
Trifenileno
Reacciones de Adición
al Anillo Aromático
Reacciones de Adición del Anillo Aromático:Reducción de Birch
Li
NH3 (liq)
H
H
HOR
- -OR
H
HH
Li
NH3 (liq)
H
HH
HOR
- -OR
HH
H H
Reacciones de Adición del Anillo Aromático:Reducción de Birch
COOH Li, NH3(liq)
EtOH
COOHH
OCH3 Li, NH3(liq)
EtOH
OCH3
Reacciones de Adición del Anillo Aromático:Lindano
Cl
Cl2
(exceso)Cl
Cl
ClCl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl Cl
Cl
lindano(gamahexane)
http://www.lindane.org
Otros Insecticidas Clorados
Cl
ClCl
Cl
ClCl
Cl
lindanoO
Cl
ClCl
ClCl
Cl
Cl
Cl
Cl
kepona
Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
H
H
aldrin
Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
H
H
H
ClHCl
clordano
Cl
C ClCl
C
H
Cl
Cl
1,1,1-tricloro-2,2-bis-(p-clorofenil) etanoDDT (dicloro, difenil, tricloroetano)
Oxidación de Cadenas Laterales
CH3
NO2
CO2H
NO2
KMnO4
H2O, calor
Oxidación de Cadenas Laterales
CH2CH2CH2CH3
NO2
CO2H
NO2
KMnO4
H2O, calor
Oxidación de Cadenas Laterales
CH3
CH3
CO2H
CO2H
KMnO4
H2O, calor
Oxidación de Cadenas Laterales
C
KMnO4
H2O, calor
CH3
CH3
H3C
NR
Bromación de Cadenas Laterales
CH2CH2CH3
NBS
(PhCO2)2, CCl4
CHCH2CH3
Br
N Br
O
O
N-Bromosuccinimida
Bromación de Cadenas Laterales
CR
H H
+ Br BrH
CR
H
+Br2
CR
H Br
+ Br
radical bencilo
N Br
O
O
BrH + BrBr N H
O
O
+
Hidrogenación de Compuestos Aromáticos
O O
H2, Pd
EtOH
Hidrogenación de Compuestos Aromáticos
H2, Pt, EtOH
2000psi, 25ºC
HO C
CH3
CH3
CH3 HO C
CH3
CH3
CH3
H2, Rh/C, EtOH
1 atm, 25ºC
Reducción de Cetonas Aromáticas
CH3CH2C
O
Cl
AlCl3
CCH2CH3
O
H2/PdCH2CH2CH3
CH3CH2CH2Cl
AlCl3
CH2CH2CH3CHCH3
CH3
+
Producto principal
Reducción de Cetonas Aromáticas
O2N
O
CH3H2, Pd/C
EtOH
H2NH2C
CH3