PROPIEDADES Y REACCIONES DE LOS HALOALCANOS (II): LA SUBSTITUCIN NUCLEOFLICA

UNIMOLECULAR SN1 Y LAS ELIMINACIONESUNIMOLECULAR SN1 Y LAS ELIMINACIONESE1 Y E2

REACCIONES SN1 : SOLVOLISIS DE HALUROS DE ALQUILO SECUNDARIOS Y TERCIARIOS

Ya hemos visto que la velocidad de las reacciones SN2 disminuye drsticamente cuando elq N ycentro de reaccin cambia de primario a secundario o terciario (que practicamente noreaccionan). Sin embargo, esas observaciones son pertinentes nicamente para la sustitucinbimolecular. Los haluros de alquilo secundarios y, sobre todo los terciarios , sufren sustitucin,pero a travs de otro mecanismo. De hecho, tales sustratos se transforman fcilmente, enpresencia incluso de nuclefilos dbiles, para dar productos de sustitucin.

Reacciones de Sustitucin Unimoleculares: SN1

Recuerda que Los procesos SN2: muestran una cintica de 2 orden; generan los productosestreoespecificamente con inversin de la configuracin y muestran una reactividad paraestreoespecificamente con inversin de la configuracin y muestran una reactividad paraR-X en el orden: 1 > 2 > 3 (que no reaccionan).

Las solvlisis de haluros de alquilo, al contrario: muestran una cintica de primer orden,Las solvlisis de haluros de alquilo, al contrario: muestran una cintica de primer orden,no son estereoespecficas y muestran , hacia los haluros de alquilo una reactividad inversa ala observada en las reacciones SN2.

Cintica de 1 OrdenCintica de 1 Orden

Mecanismo:

Primer paso:

2 Paso:

3 P3 Paso:

El hecho fundamental y diferenciador de una reaccin SN1 es la formacin de un y Ncarbocatin en el primer paso, determinante de la velocidad de la reaccin

Estereoqumica en los procesos SN1

Los solventes polares aceleran la Reaccin SN1 :

Efectos del solvente, Grupo Saliente y Nuclefilo sobre la reaccin SN1

La apertura heteroltica del enlace C-X en el paso determinante de la velocidad en la reaccinSN1 implica una estructura del estado de transicin que est altamente polarizada (ver abajo) yque da lugar, finalmente, a dos iones totalmente cargados. En contraste, en el estado det i i d i S 2 t i i h di i d ltransicin de una reaccin SN2 tpica, no se crean cargas sino que hay una dispersin de lasmismas

Debido a su estado de transicin polar, la velocidad de la reaccin SN1 aumenta amedida que lo hace la polaridad del solvente. Los solventes prticos aceleran lareaccin S 1 debido a que estabilizan al estado de transicin por formacin de enlacesreaccin SN1 debido a que estabilizan al estado de transicin por formacin de enlacespor puentes de hidrgeno con el grupo saliente. Recuerda que, en contraste, la reaccinSN2 es acelerada por disolventes polares aprticos, debido , principalmente al efecto delsolvente sobre la reactividad del nuclefilosolvente sobre la reactividad del nuclefilo

Las reacciones SN1 se aceleran a medida que aumenta la bondad del grupo saliente como tal

La fortaleza del nuclefilo afecta a la distribucin de productos, pero no a la velocidad de lareaccin SN1Puesto que el paso determinante de la velocidad del reaccin SN1 no incluye al nuclefilo, elcambio de su estructura (o concentracin) no altera la velocidad de desaparicin del haloalcano.Sin embargo, cuando dos o mas nuclefilos compiten por la captura del carbocatin intermedio,sus fuerzas y concentraciones relativas pueden afectar en gran manera la distribucin de

d P jproductos. P. ej.:

Efecto del grupo alquilo sobre la reaccin SN1: la estabilidad del carbocatinLos sistemas secundarios sufren ambas, reacciones SN1 y SN2

Un caso de desplazamiento SN1 estereoselectivo , poco usual, en la sntesis del frmacoanticancer Aclacinomicina A

aklavinona

Reacciones de EliminacinLos haloacanos y, en general cualquier sustrato portando un buen grupo saliente y poseyendoE l C H i d f i t ti d i l li i i dEnlaces C-H vecinos es capaz de sufrir an otro tipo de reaccin: la eliminacin para daralquenos; un proceso que tambin puede ocurrir a travs de varios mecanismos.

El nuclefilo (usualmente elsolvente), acta como base

Reacciones de Eliminacin Unimoleculares E1

Las reacciones E1, compiten con las reacciones SN1 y, de hecho, el paso determinante de lavelocidad de reaccin es el mismo en ambos procesos : la disociacin a un carbocatin Estevelocidad de reaccin es el mismo en ambos procesos : la disociacin a un carbocatin. Esteintermedio tiene ahora otra posible ruta a seguir en su enfrentamiento con el nuclefilo: laprdida de un protn desde un carbn adyacente a aquel que porta la carga positiva.

Como era de esperar, la naturaleza del grupo salienteno influye en la proporcin de productos procedentesde las reacciones competitivas SN1 y E1, ya que elcarbocatin intermedio formado, es el mismo enambos casos.

La Reaccin de Eliminacin Bimolecular E2

En presencia de nuclefilos que sean a la vez bases fuertes, los haloalcanos pueden daralquenos por an otro proceso de eliminacin que presenta ahora una cintica bimolecularalquenos por an otro proceso de eliminacin que presenta ahora una cintica bimolecular(E2). Esto es, la velocidad de formacin de alqueno se hace ahora proporcional a laconcentracin , tanto del haloalcano como de la base. Este es, por tanto, un proceso quecompite con la correspondiente reaccin S 2compite con la correspondiente reaccin SN2.

Que es lo que causa este cambio de mecanismo ?: Q qlas bases fuertes ( tales como hidrxidos -OH, o alcxidos, -OR ), pueden atacar a loshaloalcanos antes de que se forme el carbocatin.

El objetivo es un tomo de hidrgeno sobre un tomo de carbono vecino a aquelque porta el grupo saliente. Este mecanismo de reaccin no est restringido a loshaluros terciarios aunque en sistemas secundarios y primarios debe competir conhaluros terciarios, aunque en sistemas secundarios y primarios debe competir conprocesos SN2

Los tres cambios tienen lugar simultaneamente: La reaccin E2 is un procesoconcertado que ocurre en un solo paso

Estereoqumica de las Reacciones E2

Como mostrado arriba, la reaccin de eliminacin E2 transcurre rpidamente cuando elhalgeno y el hidrgeno eliminados poseen una estereoqumica relativa anti (trans diaxial) porhalgeno y el hidrgeno eliminados poseen una estereoqumica relativa anti (trans diaxial); porel contrario es muy lenta para una estereoqumica relativa trans diecuatorial. Por qu ?.Cuando examinamos la conformacin de silla mas estable para el compuesto cis, encontramosque hay dos tomos de hidrgeno localizados anti al bromo axial Esta geometra es muy similarque hay dos tomos de hidrgeno localizados anti al bromo axial. Esta geometra es muy similara la requerida por el estado de transicin E2 ( ver descripcin orbitlica mas arriba) y,consecuentemente, la eliminacin es fcil. Por el contrario, el sistema trans no tiene enlaces C-Halineados en anti al grupo saliente ecuatorial y as la eliminacin E2 requerira bien un cambioalineados en anti al grupo saliente ecuatorial y, as, la eliminacin E2 requerira bien un cambioal confrmero diaxial, o bien eliminacin del hidrgeno gauche al bromo (eliminacin Syn);situaciones ambas energeticamente desfavorables.

Observa que los mecanismos E1 y E2 son muy similares, diferencindose solamente en el orden de los acontecimientos. En la reaccin bimolecular, la abstraccin del protn y la marcha del grupo saliente son simultneas En el proceso E1 el haluro sale primero yla marcha del grupo saliente son simultneas. En el proceso E1 el haluro sale primero y luego ocurre el ataque por la base. Un buen modo de pensar acerca de la diferencia es imaginar que la base fuerte participando en la reaccin E2 es mas agresiva, no espera a que el haluro terciario o secundario se disocie sino que ataca directamente al sustratoa que el haluro terciario o secundario se disocie, sino que ataca directamente al sustrato

Esta observacin implica que el enlace al gruposaliente est parcialmente roto en el estado detransicin

COMPETICIN ENTRE SUBSTITUCIN Y ELIMINACINLos mltiples mecanismos - SN2, SN1, E2, E1 - que pueden seguir los haloalcanos enp N , N , , q p gpresencia de un nuclefilo, pueden parecer confusos a la hora de predecir cual ser elresultado de una reaccin determinada. Consideraciones sobre la fuerza bsica delnuclefilo y sobre la la voluminosidad de la especie reaccionante pueden ayudarnos adecidir si predominar la sustitucin o la eliminacinLos Nuclefilos debilmente bsicos dan sustitucin Nuclefilos menos bsicos que el anin hidrxido dan buenos rendimientos deNuclefilos menos bsicos que el anin hidrxido, dan buenos rendimientos deproductos SN2 con haluros primarios y secundarios y de productos SN1 con sustratosterciarios. Ejemplos incluyen: I-, Br-, N3-, RCOO- y R3P

Nuclefilos dbiles tales como el agua y los alcoholes reaccionan, a velocidadapreciable, solamente con haluros terciarios y secundarios, sustratos que son capacesde seguir el mecanismo SN1. En estos casos, la eliminacin unimolecular esg Nusualmente una reaccin secundaria minoritaria.

Nuclefilos fuertemente bsicos dan mas producto de eliminacin a medida queaumenta el impedimento estrico en el sustratoaumenta el impedimento estrico en el sustrato.

La reaccin de haluros 1s simplescon Nus fuertemente bsicos daproductos SN2 mayoritariamenteproductos SN2 mayoritariamente.Cuando aumenta el impedimentoestrico en torno al C, la sustitucinse retarda con respecto a lapeliminacin ya que el ataque al Cest mas impedido que le ataque alH.La SN2 no es una opcin para loshaluros 3. SN1 y E1 compiten encondicones neutras o debilmentebsicas. Sin embargo, altasconcentraciones de bases fuertesdan exclusivamente reaccin E2

Nuclefilos bsicos impedidas estricamente favorecen la Eliminacin, incluso en sistemas primarios

Dos ejemplos de bases impedidas estericamente son terc-butxido de potasio ydi-isopropilamiduro de litio (LDA). Cuando usados en reacciones de eliminacin sondisueltos, frecuentemente, en sus respectivos cidos conjugados: terc-butanol y di-isopropilamina

RESUMEN