Reações orgânicas e efeito eletrônico

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Reações orgânicas e efeito eletrônico
CONHECER OS TIPOS DE REAÇÕES ORGÂNICAS E APRENDER A USAR SETAS CURVAS PARA
REPRESENTAR O MECANISMO DAS REAÇÕES; ENTENDER A FORMAÇÃO DE CARBOCÁTIONS E
CARBÂNIONS E COMPREENDER OS TIPOS DE EFEITOS ELETRÔNICOS (INDUTIVO E MESOMÉRICO),
ALÉM DE DISTINGUIR A TEORIA ÁCIDO-BASE DE BRØNSTED E LOWRY DA DE LEWIS.
Reações orgânicas
Existem, basicamente, quatro tipos de reações orgânicas: de substituição, adição, eliminação e rearranjo. As
de substituição ocorrem em compostos saturados ou compostos aromáticos. Em uma reação de
substituição, um grupo deve sair para dar lugar à entrada de outro. Nas próximas aulas (13 e 14), nós vamos
estudar as reações de substituição nucleofílica, como a do exemplo a seguir, em que uma hidroxila substitui
um átomo de cloro ligado a um carbono, para formar o metanol.
Legenda:
As reações de adição só podem ocorrer em compostos insaturados (ou seja, com ligações duplas ou triplas),
pois deve haver espaço para a entrada de novos grupos na molécula (moléculas saturadas não podem
receber mais nenhum grupo em sua estrutura). No exemplo a seguir, que será estudado em mais detalhes na
próxima aula, uma molécula de água é adicionada ao etano para formar o etanol.
Legenda:
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As reações de eliminação são o caminho inverso das de adição, ou seja, partem de compostos saturados, que
perdem grupos, resultando em produtos insaturados com ligações duplas ou triplas. O exemplo a seguir
mostra o caminho inverso da reação anterior, ou seja, a desidratação do etanol para a formação de etano e
água.
Legenda:
Finalmente, uma molécula pode sofrer o rearranjo de seus componentes e se transformar em um novo
composto sem que para isso precise ganhar ou perder qualquer átomo. Nas reações de rearranjo, o novo
produto formado é sempre um isômero da substância inicial.
Quebra de ligações covalentes
Nas aulas a seguir (até o fim da disciplina), vamos estudar o mecanismo de cada uma dessas reações,
apresentando uma descrição detalhada dos eventos que se passam ao nível molecular. Mas, antes disso,
devemos estudar algumas características comuns a todas as reações orgânicas.
Todas elas envolvem a quebra e/ou formação de ligações covalentes. Uma ligação covalente pode se quebrar
de duas maneiras distintas (lembre-se que ligações covalentes são formadas por dois elétrons): de modo
com que os dois elétrons fiquem em apenas um dos átomos da ligação quebrada (em uma quebra
heterolótica) ou fazendo com que os elétrons se separem, indo cada um para um átomo da ligação (em uma
quebra homolítica).
Movimento de elétrons – setas curvas
As ligações químicas se formam ou se quebram graças ao movimento de elétrons. Eles são partículas
pequenas com carga negativa e sempre se movem em direção a uma carga positiva. O movimento de pares
de elétrons é representado usando setas curvas, partindo de sua origem e chegando ao centro de carga
positiva. Veja o exemplo a seguir.
Legenda:
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No exemplo, a primeira seta indica o movimento de um dos pares de elétrons da dupla C=C do etano indo
em direção ao átomo de hidrogênio positivo. Repare que nesta etapa uma das ligações C=C é quebrada e
uma nova ligação C-H é formada. Na ligação que se quebra, um dos átomos de carbono fica sem elétrons (e,
por isso, ganha uma carga positiva) indicando que houve uma quebra heterolítica. A segunda seta indica o
movimento de um dos pares de elétrons do íon cloreto em direção à carga positiva, formada na etapa
anterior. Repare que nessa etapa houve apenas a formação de uma ligação C-Cl.
Carbocátions e carbânions
O movimento de elétrons pode promover a formação ou a neutralização de cargas. Quando um carbono
perde elétrons (como no exemplo anterior) ele fica positivo e é chamado de carbocátion, quando ganha
elétrons, fica negativo e é chamado de carbânion.
Carbocátions são carbonos que tem apenas 6 elétrons na sua camada de valência (pois perderam os dois
elétrons da ligação covalente que se quebrou) e, portanto, estão violando a regra do octeto.
Eles são, normalmente, muito reativos e, por isso, têm uma meia-vida muito curta, não podendo ser
isolados como produtos finais de uma reação. Vale ressaltar que eles são chamados de intermediários de
reações.
Nós vamos estudar mais sobre a geometria, a estabilidade e outras características de carbocátions e
carbânions nas aulas a seguir.
Efeito eletrônico
Como visto no exemplo anterior, os elétrons sempre se movem de uma região rica para uma região
deficiente de elétrons (isto é, positiva). Sendo assim, a reatividade de uma molécula vai depender da
existência de grupos capazes de doar ou retirar elétrons da molécula, tornando-a mais ou menos
susceptível à quebra ou formação de ligações químicas.
Existem dois modos de um grupo poder doar ou retirar elétrons de uma molécula: via efeito eletrônico
indutivo ou via efeito eletrônico mesomérico.
O primeiro diz respeito à capacidade de um grupo de doar ou retirar elétrons via diferença de
eletronegatividade. Isso porque tal diferença entre dois átomos ligados entre si induz a formação de cargas
parciais (formação de um dipolo permanente).
Essas cargas podem se propagar para os demais átomos da molécula, através do espaço e de ligações
simples. O efeito indutivo pode ser positivo (+I) se o grupo doa elétrons para molécula, ou negativo (-I), se o
grupo retira elétrons da molécula.
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Um exemplo de grupo com efeito indutivo negativo (-I) é o átomo de flúor, ligado em uma cadeia de
carbonos, como ilustrado no composto 1-fluorpropano a seguir. Sua alta eletronegatividade induz uma
carga positiva sobre o átomo de carbono diretamente ligado a ele. Essa carga positiva se propaga para os
outros átomos da molécula e vai diminuindo conforme aumenta a distância ao átomo de flúor
Legenda:
Já o efeito eletrônico mesomérico é a capacidade de um grupo doar ou retirar elétrons via ressonância,
sendo esta o movimento de elétrons livres ou de ligações duplas, sem que haja a quebra de ligações simples
ou movimento de átomos. Grupos que doam elétrons por ressonância têm efeito mesomérico positivo (+M)
e os que retiram elétrons têm efeito mesomérico negativo (-M).
Um exemplo de grupo com efeito eletrônico mesomérico positivo é uma hidroxila ligada a um anel
aromático. Um dos pares de elétrons livres dela pode ser doado para o anel para aumentar sua densidade de
elétrons e, assim, facilitar o ataque dos elétrons do anel sobre uma carga positiva.
Legenda:
Ácido-base de Brøwsted-Lowry e de Lewis
Para terminar esta aula de introdução às reações orgânicas, vamos estudar as reações de ácido-base como
um modelo para o estudo das demais reações.
De acordo com teoria de Brøwsted-Lowry, um ácido é uma substância que doa (perde) um próton (H+) e
uma base é uma substância que recebe (remove) um próton. Um exemplo de reação de neutralização ácido-
base é a dissociação do ácido acético na água:
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Legenda:
Olhando para os reagentes desta equação, vemos que o ácido acético é um ácido, pois é ele quem perde
(doa) o H+, enquanto a água funciona, neste caso, como uma base, pois é ela quem recebe (remove) o H+.
Olhando para os produtos da reação, os papeis se invertem e o íon acetato é a base conjugada que vai
receber o H+ do hidrônion, que funciona como um ácido conjugado.
Repare que no esquema da reaçãoanterior foi representado também o movimento dos elétrons saindo da
molécula de água e indo em direção ao hidrogênio do ácido acético. Esse movimento de elétrons foi usado
por Lewis para definir, de uma maneira mais ampla, os conceitos de ácido e base.
Segundo Lewis, uma base é um grupo capaz de doar um par de elétrons, enquanto um ácido é um grupo
capaz de receber um par de elétrons. Essas definições, porém, são mais amplas, pois incluem todas as
reações descritas pelo modelo de Brøwsted-Lowry e mais uma série de outras reações que veremos a seguir.
O conceito de ácido e base de Lewis pode ser usado para explicar os mecanismos de diversas reações
orgânicas, como esta reação de eliminação:
Depois de rever o conteúdo desta aula, solucione os exercícios de múltipla escolha propostos.
Lembre-se de que você poderá postar suas dúvidas no Fórum e ter auxílio de seus colegas e
professor.
EXERCÍCIO (https://ead.uninove.br/ead/disciplinas/web/_g/quiorg68_100/a10ex01_quiorg68_100.htm)
Agora que você já estudou esta aula, resolva os exercícios e verifique seu conhecimento. Caso
fique alguma dúvida, leve a questão ao Fórum e divida com seus colegas e professor.
EXERCÍCIO (https://ead.uninove.br/ead/disciplinas/web/_g/quiorg68_100/a10ex02_quiorg68_100.htm)
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Resolva os exercícios propostos e verifique seu conhecimento. Caso fique alguma dúvida, leve a
questão ao Fórum e divida com seus colegas e professor.
EXERCÍCIO (https://ead.uninove.br/ead/disciplinas/web/_g/quiorg68_100/a10ex03_quiorg68_100.htm)
EXERCÍCIO (https://ead.uninove.br/ead/disciplinas/web/_g/quiorg68_100/a10ex04_quiorg68_100.htm)
REFERÊNCIA
MORRISON, R. T.; BOYD, R. N. Química Orgânica. 14. ed. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 2005.
SOLOMONS, T. W. G. Química Orgânica. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
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