Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires SERIE 8 SUSTITUCIONES NUCLEOFÍLICAS Y ELIMINACIONES Problema 1 El CH3Br reacciona con el KCN mediante un mecanismo concertado. Cuando se mezclan ambos reactivos en una concentración 0,1 M en DMF, la velocidad inicial de formación de producto es 2x10-8 M/seg. Experimentalmente se observa que al duplicar la concentración de ambos reactivos se cuadruplica dicha velocidad. a) ¿Cuál es la constante de velocidad de esta reacción? b) ¿Cómo varía la constante de velocidad si se triplica la concentración de CH3Br? c) ¿Cómo varía la velocidad inicial si se triplica la concentración de CH3Br? d) ¿Cuál es el orden correspondiente a la cinética de esta reacción? e) ¿Cuál es la molecularidad de esta reacción? Problema 2 Complete las siguientes reacciones de “sustitución”. Indique en cada caso el “nucleófilo” (con su átomo nucleofílico) y el “grupo saliente”. a) CH 3Br + NaOH b) I + KCN Cl c) SH O d) + NaBr I e) f) Br + P(Ph)3 S g) h) + KCl + NaI NH3 +I- + NH3 56 Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires SERIE 8 Problema 3 Escriba la estructura de los productos de las siguientes reacciones SN2. Indique la configuración absoluta de los centros quirales y prediga si los compuestos presentan actividad óptica. CH3 H a) Br H + KCN H CH3 H b) + CH3CO2- I Br + CH3CO2- c) OH Br + CH3CO2- d) OH H e) H Br H CH3 CH3 + NaSCH3 f) (2R,4S)-2-bromo-4-cloropentano + NaOH g) Cl H H CH 3 h) H H3C + HNMe2 H I + NaN3 57 Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires SERIE 8 Problema 4 a) ¿De qué propiedades depende la aptitud del grupo saliente? b) Justifique por qué: b1) el I- es mejor grupo saliente que el Cl- . b2) los alcoholes en medio neutro no dan reacciones de sustitución nucleofílica. b3) las bases conjugadas de los siguientes ácidos son excelentes grupos salientes. O F3C S OH O H3 C O S OH O Ác. p-toluensulfónico Ác. Trifluorometansulfónico Problema 5 a) ¿De qué factores depende la aptitud de un nucleófilo? b) ¿Cómo influye la polarizabilidad en el poder nucleofílico? c) ¿Cómo influye en la nucleofilia de una especie la presencia de un solvente polar prótico y un solvente polar aprótico? d) Indique si las siguientes afirmaciones son V o F: i) En una reacción SN2, cuanto más electronegativo es el nucleófilo más rápido se formará el nuevo enlace. ii) Cuanto más efectiva resulta la solvatación del nucleófilo, mejora su solubilidad facilitando la reacción SN2. Problema 6 Ordenar las especies de cada grupo por basicidad, nucleofilia y aptitud como grupo saliente. a) b) c) d) H2O, HO-, CH3COOBr-, Cl-, F-, IHO-, CH3SNH2-, HO-, F-. Problema 7 a) Ordenar los siguientes compuestos según su velocidad creciente de sustitución con NaOEt en EtOH. Br Br Br Br 58 Br Br Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires SERIE 8 b) Se ha encontrado que el ioduro reacciona 33 veces más rápido con el cloruro de alilo que con el cloruro de propilo y 26 veces más rápido con el ácido cloroacético que con el cloruro de etilo. Justifique esta observación. Problema 8 a) ¿Qué es una reacción SN1? b) La solvólisis del bromuro de t-butilo con etanol transcurre a través de un mecanismo SN1. Formule las etapas de la reacción. Dibuje el diagrama de energía potencial. c) ¿Cómo se modifica el diagrama de energía potencial cuando se realiza la solvólisis a partir de cloruro de t-butilo? Problema 9 Ordenar los siguientes compuestos en orden creciente de velocidad de solvólisis en etanol. ii) i) Br OH Cl Cl Br Problema 10 Escribir los productos principales de sustitución de las siguientes reacciones: 59 OTs Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires SERIE 8 Problema 11 Explicar las siguientes observaciones experimentales: a) El (S)-3-bromo-3-metilhexano reacciona con agua en acetona para dar 3-metil-3-hexanol racémico. b) El 2-bromo-2-metilpentano y el 2-iodo-2-metilpentano reaccionan con metanol para dar el mismo producto a distinta velocidad. c) El bromuro de t-butilo reacciona con acetona en agua a mayor velocidad que el bromuro de isopropilo y las velocidades no se modifican con el agregado de agua. Problema 12 Prediga las velocidades relativas de los siguientes pares de reacciones. Justifique su respuesta. Indique el mecanismo y el producto de cada reacción. 60 Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires SERIE 8 a) I + NaCl I + NaCl CH 3 OH HC(O)N(CH 3) 2 (DMF) b) + (CH 3) 2NH CH 3 CN + (CH 3) 2PH CH 3CN Br Br c) H 3CC C- Na + DMF H 3CC C- Na + DMF CH3 I + H 3C O- Na + CH 3OH CH 3 I + (H 3C)3 C O-Na+ (CH 3 )3 COH CH 3Cl + Cl d) + Problema 13 Escribir los productos principales de la E1 en las siguientes reacciones. i) Br CH3 CH 2 OH f Cl ii) CH3 OH H 2O / THF / CH3 CH 2 OH v) f Br NaOH (0.01N) Br f Br f iii) CH3 CH 2 OH iv) vi) f 61 H 2O / THF Br f Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires SERIE 8 Problema 14 Escribir los productos de E2 de las siguientes transformaciones. Problema 15 Cuando el bromuro de t-butilo se hace reaccionar con agua a 25º C, bajo intensa agitación, se obtiene una mezcla de dos productos A y B en una proporción aproximada de 4:1. Al repetir el experimento agregando una pequeña cantidad de NaOH al medio de reacción se obtiene casi exclusivamente B, observándose la misma velocidad de desaparición de halogenuro de alquilo que en el caso anterior. Finalmente, se comprobó que al aumentar la concentración de NaOH se obtiene B pero la velocidad de desaparición del bromuro de t-butilo se vuelve dependiente de la concentración de NaOH. Indique las estructuras de A y B y justifique las observaciones experimentales. Problema 16 Escribir los productos de las siguientes reacciones de eliminación especificando el mecanismo predominante. 62 Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires SERIE 8 ¿Qué pasaría si se utilizara como base EtONa / EtOH? f f f Problema 17 Formular los productos mayoritarios de las siguientes reacciones indicando el mecanismo correspondiente. 63 Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires SERIE 8 Br a) b) (R)-2-bromobutano c) (S)-2-cloropentano d) (CH3)3COK, (CH3)3COH / f H2O t.a. KI/propanona CH3COO-/acetona t.a. I I e) f) Br CH3OH f KCN, DMSO t.a. CH3 KCl, DMF g) H 64 CH2CH3 OSO2CH3