8/17/2019 Tema-5-SN-E

1/19

Tema 5

REACŢII DE SUBSTITUŢIE NUCLEOFILĂ(SN -REACŢII) 

ŞI DE ELIMINARE (E - REACŢII)LA ATOMULDE CARBON HIBRIDIZAT sp3

 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

2/19

1. Reacții de substituție nucleofilă 

(SN – reacții) 

•   Halogenoderivați ( R - Br),•   Alcooli (R -ОН), 

•   Tioli (R - SН)•   Amine (R  –N Н 2  ).

Reacţiile de substituţie nucleofilă (SN)sunt caracteristice pentru:

8/17/2019 Tema-5-SN-E

3/19

C   X

δ+ δ-

Nu-

+   C X   Nu   C   +   X-

δ+ δ-

Nucleofil Substrat Produsul Grupa

reacţiei deplasantă 

Legătura dintre carbon şi heteroatom este puternic polarizată 

Schema reacției de substituție nucleofilă: 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

4/19

1. Hidroliza halogenoderivaţilor (nucleofil – anionul hidroxid HO-)formarea alcoolilor:

2. Alchilarea alcoolilor ( nucleofil – alcoxid-ionul RO-),

obţinerea eterilor: 

R X   +   NaOH R OH   +   NaX

 Alcool

R X   +   R O R   +   NaXRO-Na+

Eter

Reacţiile de substituţie nucleofilă în seria derivaţilorhalogenaţi (reacţiile de alchilare) se utilizează pe larg în

sinteza compușilor biologic activi, inclusiv şi a

medicamentelor. De exemplu: 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

5/19

4. Obţinerea şi alchilarea tiolilor ( nucleofil HS- şi RS-)

3. Alchilarea fenolilor ( nucleofil – fenoxid-ionul ArO-),obţinerea eterilor aromatici: 

R X   +   R O Ar    + NaX ArO-Na+

Eter aromatic  

R X   +   R SH   +   NaXNaSH

R X   + R S R   +   NaXRSNa

Tiol (tioalcool)

Tioeter

8/17/2019 Tema-5-SN-E

6/19

5. Alcilarea amoniacului ( nucleofil NH3),

obţinerea aminelor primare:

6.  Alchilarea aminelor (nucleofil RNH2  sau R2NH),

obţinerea aminelor secundare şi terţiare: 

R X  +   R NH

2

  +

NaXNH3  Amină primară 

R X   + R NH R   +   NaXR NH2

R X   + R NH R   +   NaXR N R

R

 Amină secundară 

 Amină terţiară 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

7/19

Reacţiile de substituţie nucleofilă la atomul de

carbon saturat poate decurge în conformitate cudouă mecanisme principale

SN2 - Substituţia nucleofilă bimoleculară 

SN1 – Substituţia nucleofilă monomoleculară 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

8/19

Mecanismul SN2 

CH3  – CH2  – Br + NaOH CH3  – CH2  – OH + NaBr  

Bromura de etil Etanol  

Starea de tranziţie 

Să examinăm mecanismul SN2, luând ca exemplu reacţiade hidroliză a bromurii de etil: 

OH-

+   C Br H

H

CH3δ+ δ -

C

CH3

H   H

δ+ δ -

HO

-

Br    HO C

CH3

H

H+   Br 

-

 CH3  – CH2  – Br + NaOH CH3  – CH2  – OH + NaBr  

Bromura de etil Etanol  

8/17/2019 Tema-5-SN-E

9/19

Mecanismul SN1 

C

CH3

CH3

CH3   Br NaOH C

CH3

CH3

CH3   OH NaBr  ++

 Bromura de  Terţ -butanol  terţ -butil

CH3   C Br 

CH3

CH3

-Br -   CH3   C

CH3

CH3

+OH

-

CH3   C

CH3

CH3

OHδ+ δ -

Carbocation

Reacţiile de substituţie nucleofilă cu mecanismul SN1 suntcaracteristice pentru derivaţii halogenaţi terţiari şi pentru

alcooli. 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

10/19

CH3   CH2   OH +   HCl

(NaCl + H2SO4 )

CH3   CH2   Cl   +   H2O

  Etanol  Cloretan

Mecanismul SN1 e compus din două etape:prima – lentă de disociere cu formarea carbocationului şi 

a doua – rapidă de adiţie a nucleofilui la carbocation. 

 În cazul alcoolilor, tiolilor, aminelor, care conţin grupe greu deplasabile,reacţiile de substituţie nucleofilă decurg în condiţii de cataliză acidă necesarăpentru a transforma grupele greu deplasabile (OH, SH, NH2 ) în grupe uşor

deplasabile (H2O, H2S, NH3). 

De exemplu, substituția nucleofilă la alcooli are loc numai încondiții de cataliza acidă 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

11/19

Mecanismul SN1, în substituția nucleofilă la alcooli :

CH3   CH2   OH +   CH3   CH2   OH

HH

+

-H2O

CH3   CH2

+Cl-

CH3   CH2   Cl

 Carbocation Produsul reacţei  

Substrat Cation de oxoniu 

 Astfel, substituţia grupei hidroxilice din alcooli cu halogeni areloc în mediul acid la încălzire, în două etape – de protonizare şieliminare în formă de apă a grupei hidroxil (greu deplasabilă) 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

12/19

O P O P O P

O O O

O- O- O-

O--+

O

OH OH

 AHOOC CH CH2

NH2

CH2   S CH2

CH3

+

  ATP substrat

Metionină nucleofil  

S-adenozilmetionină Ion de trifosfat  

O P O P O P OCH2

O O O

O- O- O-O

OH OH

 A-

+ S CH2

CH3

CH2   CH

NH2

COOH

 În organismele vii în calitate de grupe uşor deplasabileintervin ionii de fosfat, difosfat, trifosfat. Ca exemplu, este

biosinteza S-adenozilmetioninei din metionină şi ATP: 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

13/19

  S-Adenozilmetionina este un agent de metilare biologică, utilizat în procesul de transformare a noradrenalinei  în

adrenalină:

HO

HO

CH

OH

CH2   NH2   +O

OH OH

N

N

N

N

NH2

CH2   S

CH3

CH2   CH2   CH

NH2

COOH+

Noradrenalina

HO

HO

CH

OH

CH2   NHCH3 +

O

OH OH

N

N

N

N

NH2

CH2   S CH2   CH2   CH

NH2

COOH

 Adrenalina

S – Adenozilmetionina

S – Adenozilhomocisteina

8/17/2019 Tema-5-SN-E

14/19

Eliminarea bimoleculară. Mecanismul E2 :

CH CH2CH3

H

Cl KOH CH3   CH CH2   KCl H2O+ + +alcool

1-Clorpropan Propenă 

C   X   +   B-

C

H

R C C   +   BH   +   X -

  (Nucleofil-bază)  Alchenă Centrul acidic

Reacţii de eliminare (E - reacţii) 

8/17/2019 Tema-5-SN-E

15/19

Stare de tranziție 

β  α  β  α 

Schema mecanismului demonstrează că reacţia prezintă oeliminare bimoleculară (mecanismul E2). 

CH3   CH

H

CH2   Cl   +   HO-

CH3   CH CH2   Cl

H   OH-

CH3   CH   CH2   +   Cl-

+   HOH

8/17/2019 Tema-5-SN-E

16/19

Eliminarea monomoleculară. Mecanismul E1:

1. Halogenuri terțiare:

C

CH3

CH3

CH3   Br KOH C

CH3

CH3   CH2   KBr H2O+ ++t oalcool

Mecanismul Е1 :

C

CH3

CH3

CH3   Br CCH3

CH3

CH2   HH2O

+ C

CH3

CH3   CH2OH-

-Br --

Carbocation

Bromura de  2-meti lpropena  terţ -butil

8/17/2019 Tema-5-SN-E

17/19

2. Dehidratarea alcoolilorare loc la încălzire înmediul puternic acid.

+CH2CH3   OH CH2   CH2   H2OH + (H 2 SO4 )

Etanol Etilenă 

++CH

2CH

3  OH H

+CH

3  CH

2  O

H

H

1) Protonizarea alcoolului (decurge rapid):

Cationul  

de etiloxoniu

8/17/2019 Tema-5-SN-E

18/19

8/17/2019 Tema-5-SN-E

19/19

HOOC CH CH2

OH

COOH   C

H

HOOCC

COOH

H-H 2 O

 acidul malic acidul fumaric  

COOH

CH2

COOHHO

CH2

COOH

 _ H2O

C COOH

CH2

COOH

CH

COOH

+H2OC COOH

CH2

COOH

H

C HHO

COOH

 Acidul citric Acidul cis-aconitic Acidul izocitric

Reacţiile de dehidratare a substraturilor ce conţin grupehidroxilice au loc şi în sistemele vii.