Mecanismo de Reações Orgânicas

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Mecanismo de Reações Orgânicas
Conteúdo Programático
►Considerações importantes sobre ruptura e formação de ligações em compostos orgânicos
Unidade I: Reações em alcenos e alcinos
Unidade II: Reações em compostos aromáticos
Unidade III: Reações em compostos orgânicos halogenados
Unidade IV: Reações em álcoois e éteres
Unidade V: Reações em aldeídos e cetonas
Unidade VI: Reações em ácidos carboxílicos e seus derivados
Unidade VII: Reações em compostos orgânicos nitrogenados
Rupturas de ligações 
Nas reações orgânicas é muito comum a formação de grupos intermediários instáveis, sendo, portanto, de existência transitória, nos quais o carbono não tem efetuadas suas quatro ligações. 
Estes grupos se originam da ruptura de ligações entre átomos, que pode ocorrer de modo homogêneo ou heterogêneo. 
[Considerações Importantes]
Ruptura Homolítica
As rupturas homolíticas freqüentemente ocorrem em moléculas apolares ou com baixa diferença de eletronegatividade entre os átomos das ligações e exigem alta energia. 
Ruptura Heterolítica
Quando a ruptura é feita de modo desigual, ficando o par eletrônico com apenas um dos átomos da ligação, temos uma ruptura heterolítica, resultando na formação de íons. 
As rupturas heterolíticas freqüentemente ocorrem em ligações polarizadas, em presença de solventes polares, à custa de pouca energia.
Tipos de reagentes 
X · Radical livre (produto da quebra homolítica).
X+ Agente eletrófilo (produto da quebra heterolítica).
X- Agente Nucleófilo (produto da quebra heterolítica).
X+ Agente eletrófilico
Os eletrófilos são “deficientes de elétrons”, funcionam, portanto, como ácidos de Lewis.
São exemplos: H+ , Br+, CH3+, BF3, AlCl3, carbo-cátions, etc.
X- Agente nucleófilico
Os nucleófilos são “fornecedores de elétrons”, funcionam, portanto, como bases de Lewis.
São exemplos: OH-, CN-,Cl-, carbo-ânions, etc.
Tipos de reações orgânicas 
● Adição
● Substituição
● Eliminação
● Condensação
● Oxidação-redução, etc.
Reações de Adição em ligações C=C
1. Adição eletrofílica
Unidade I: Reações em alcenos e alcinos
Adição de Haletos de Hidrogênio
Qual é o produto?
Carbocátion mais estável
A Regra de Markovnikov
O eletrófilo se adiciona ao carbono sp2 que está ligado ao maior número de hidrogênios 
Obs: Em uma reação regiosseletiva, um isômero constitucional é o principal ou único produto 
Adição de Água à Alcenos
Hidratação do Propeno: Diagrama de energia
Adição de Álcool à Alcenos Catalisada por Ácido
Rearranjo de Carbocátion
Deslocamento 1,2 de hidreto
carbocátion
mais estável
Rearranjo de Carbocátion 
Deslocamento 1,2 de metila
Rearranjo de Carbocátion
Expansão de ciclos
carbocátion
mais estável
Adição de Halogênios à Alcenos
Adição de Halogênios na Presença de água
Oximercuração e Mercuração de Alceno 
Desmercuração por Redução
Adição de Borano: Hidroboração–Oxidação
A regra Anti-Markovnikov na formação do produto
adição anti-Markovnikov
adição Markovnikov
Troca do Boro por OH
Reação de Carbeno com Alceno
Síntese do bromo-butano
Geração de Radicais
Adição de Radicais ao Alceno
Adição de Radicais ao Alceno
Adição de Radicais ao Alceno
Adição de Hidrogênação a Alcenos
Hidrogenação Catalítica de um Alceno
Reações em Alcinos
Reações de Adição em Alcinos
Adição Seqüencial de HCl
Adição de Haletos de Hidrogênio
Na presença de 1 mol equivalente de HBr
Adição de Halogênios a Alcinos
Adição de Água
tautômero ceto
tautômero enol
tautomerização
Hg2+ é adicionado para aumentar a velocidade de adição de água a alcinos terminais 
Hidroboração–Oxidação de Alcinos Internos
Hidroboração–Oxidação de Alcinos Terminais
54
Formação de Cetona x Aldeído
Adição de Hidrogênio Formação de Alceno Cis
Conversão de Alcinos Internos em Alcenos Trans
Razão para a adição trans
Unidade II:Reações em compostos aromáticos
Benzeno
Os Diagramas das Coordenadas de Duas Reações do Benzeno 
Mecanismo Geral
rápida
Halogenação do Benzeno 
Nitração do Benzeno 
Sulfonação do Benzeno 
Alquilação de Friedel - Crafts
Acilação de Friedel – Crafts 
Rearranjo do cabocátion 
Acilação – redução de Friedel–Crafts
Benzenos Substituídos
As posições relativas dos substituintes 
Reações em benzenos substituídos
A doação de elétrons através de uma ligação σ é denominada doação indutiva de elétrons. 
Um grupo alquila é mais doador de elétrons do que o hidrogênio devido à hiperconjugação.
A retirada de elétrons através de uma ligação σ é denominada retirada indutiva de elétrons.
Um substituinte pode também doar elétrons para o anel por deslocalização do seu par de elétrons livres.
A retirada de elétrons por ressonância ocorre quando os elétrons p do anel estão deslocalizados em direção ao substituinte.
Os substituintes já ligados ao benzeno determinam a posição do novo substituinte.
Todos os substituintes ativantes e os halogênios fracamente desativantes são orientadores orto – para
Todos os substituintes que são mais desativantes que os halogênios são orientadores meta.
A razão dos produtos orto – para diminui com o aumento do tamanho dos substituintes.
A anilina e anilinas N-substituídas não sofrem reações de Friedel – Crafts.
A anilina não pode ser nitrada, mas aminas terciárias aromáticas sim. 
Ao planejar a síntese de benzenos, devemos considerar cuidadosamente a ordem na qual os substituintes serão colocados no anel.
Síntese de Benzenos Trissubstituídos
Um substituinte fortemente ativante prevalecerá sobre um substituinte fracamente ativante ou um substituinte desativante
Reações de Substituição Nucleofílica Aromática
Os grupos retiradores de elétrons devem estar em orto ou para em relação ao sítio de ataque nucleofílico. 
Formação do Benzino
Unidade III: Reações em compostos orgânicos halogenados
O átomo ou grupo que é substituído ou eliminado nessas reações é chamado de grupo de saída. 
► O mecanismo de reação nos compostos halogenados depende dos seguintes fatores:
 a estrutura do haleto de alquila
 a reatividade do nucleófilo
 a concentração do nucleófilo
 o solvente 
 Reação SN2
CH3Br + OH– CH3OH + Br–
Considererando a cinética da reação: 
Velocidade = k[haleto de alquila][nucleófilo] 
Reação de segunda ordem
Três Evidências Experimentais que Suportam o Mecanismo de Reação SN2
A velocidade da reação depende da concentração do haleto de alquila e do nucleófilo.
A velocidade da reação com determinado nucleófilo diminui com o aumento do tamanho dos haletos de alquila.
A configuração no produto substituído é invertida em relação à configuração no reagente haleto de alquila. 
Um substituinte volumoso no haleto de alquila reduz a sua reatividade: impedimento estérico
Mecanismo da reação Sn2
Diagramas das coordenadas de reação para (a) a reação SN2 do brometo de metila, (b) uma reação SN2 de um brometo de alquila estericamente impedido.
Reações SN2 São Afetadas pelo Grupo de Saída
O Nucleófilo Afeta uma Reação SN2
Nucleofilicidade é a medida da rapidez com que uma substância (um nucleófilo) é capaz de atacar um átomo deficiente de elétrons.
Nucleofilicidade é medida pela constante de velocidade (k).
Basicidade é a medida da facilidade com que uma substância (uma base) compartilha seu par de elétrons livre com um próton.
Basicidade é medida pela constante de dissociação ácida (Ka).
O Efeito do Solvente na Nucleofilicidade
É mais fácil quebrar interações íon – dipolo entre uma base fraca e o solvente do que entre uma base forte e o solvente.
Entretanto, o fluoreto é um melhor nucleófilo em solvente apolar. 
Também, solventes polares apróticos, como o DMSO e DMF, facilitam a reação de substâncias orgânicas pois solvatam cátions. 
A Nucleofilicidade é Afetada por Efeitos Estéricos
Uma reação SN2 ocorre na direção que permite a base mais forte deslocar a base mais fraca.
Reação SN1
A velocidade da reação depende somente da concentração do haleto de alquila.
2. A velocidade da reação é favorecida pelo pequeno volume do
 substituinte alquila.
3. Na substituição de um haleto de alquila quiral, uma mistura
 racêmica de produtos é obtida.
Mecanismo da reação Sn1
Diagrama de energia para Reação SN1
O carbocátion, intermediário da reação, conduz à formação de dois produtos estereoisoméricos
O Efeito do Grupo de Saída Sobre uma Reação SN1 
O nucleófilo não tem efeito sobre a velocidade de uma reação SN1.
Rearranjo de carbocátion 
A Estereoquímica de Reações SN2 
A Estereoquímica de Reações SN1 
As vezes produtos invertidos são formados em uma reação SN1 
Os produtos resultantes da substituição de substâncias cíclicas
Ambos o cis- e o trans-4-metil-ciclo-hexanol são obtidos em uma reação SN1. 
Quando um haleto de alquila pode sofrer tanto uma reação SN1 quanto uma reação SN2. Considera-se:
►a concentração do nucleófilo,
►a reatividade do nucleófilo, 
►o solvente da reação
Estes fatores determinarão qual reação predominará.
 
Uma reação SN2 é favorecida por uma alta concentração de um bom nucleófilo.
Uma reação SN1 é favorecida por uma baixa concentração de um nucleófilo ou por um pobre nucleófilo. 
Além de sofrer substituição, os haletos de alquila sofrem eliminação 
A Reação E2 
A Regiosseletividade da Reação E2 
A Regra de Zaitsev 
O alceno mais substituído é obtido quando um próton é removido do carbono β que estiver ligado ao menor número de hidrogênios. 
O efeito estérico também afeta a distribuição do produto 
A Reação E1 
Diagrama de energia da reação do 2-cloro-2-metil-butano 
Rearranjo de carbocátion
Estereoquímica da Reação E2 
• As ligações dos grupos a serem eliminados (H e X) 
devem estar no mesmo plano 
• A eliminação anti é favorecida sobre a sin 
H
X
H
X
a conformação mais estável
Estereoquímica da Reação E1 
Eliminação de Substâncias Cíclicas 
Em uma reação E2, os dois grupos que estão sendo eliminados devem estar em uma relação trans 
Eliminação E1 de Substâncias Cíclicas 
Uma reação E1 envolve eliminação sin e anti
Competição entre Substituição e Eliminação 
Haletos de alquila podem sofrer SN2, SN1, E2 e E1
 Reações SN2/E2 são favorecidas por uma alta concentração do nucleófilo/base forte.
 Reações SN1/E1 são favorecidas por um pobre nucleófilo/base fraca.
A reação E1cB
Ao contrário da reação E1, que envolve um carbocátion intermediário, a reação E1cB acontece através de um carbânio intermediário. A abstração de um próton induzida por base em uma etapa limitante da velocidade fornece um ânion, que expele um grupo abandonador no carbono adjacente.
Unidade IV: Reações de álcoois e éteres
►Álcoois
Alcoóis secundários e terciários sofrem reações SN1 com haletos de hidrogênio.
Alcoóis primários sofrem reações SN2 com haletos de hidrogênio.
Rearranjo de carbocation na reação SN1 de alcoóis secundário e terciário.
Outros Métodos de Conversão de Alcoóis em Haletos de Alquila 
Desidratação de Alcoóis
Rearranjo do carbocátion 
Alcoóis Primários Sofrem Desidratação por um Mecanismo E2 
O Resultado Estereoquímico da Desidratação E1 
Condição mais branda para Desidratar um Álcool
Oxidação de álcoois
Éteres
Reações de epóxidos
Quando um nucleófilo ataca um epóxido não protonado, a reação é do tipo SN2 pura 
Éteres de Coroa 
Um éter de coroa se liga especificamente a certosíons metálicos ou moléculas orgânicas para formar complexos hospedeiro-hóspede, um exemplo de reconhecimento molecular
Unidade V: Reações em aldeídos e cetonas
Aldeídos e cetonas reagem com nucleófilos para formar produtos de adição: reações de adição nucleofílica. 
Reação de Hidratação
Mecanismo catalisado por base
Adição de um Álcool a um Aldeído ou a uma cetona
Reagentes de Grignard reagem com aldeídos e cetonas
Aldeídos e Cetanos reagem com ácido cianidrico
Redução pelo Íon Hidreto
Aldeídos e cetonas reagem com uma amina primária para formar uma imina. 
Essa é uma reação nucleofílica de adição–eliminação.
O pH da reação deve ser controlado.
Aldeídos e cetonas reagem com aminas secundárias para formar enaminas
Formação de Derivados Imínicos
Formação de Alcenos: A Reação de Wittig 
Estereoquímica das Reações de Adição Nucleofílica 
Unidade VI: Reações de ácidos carboxílicos e seus derivados
Reações de Substituição Nucleofílica Acílica de Ácidos Carboxílicos
A reação de um ácido carboxílico com LiAlH4 forma apenas um álcool primário. 
Todos os derivados de ácidos carboxílicos reagem pelo mesmo mecanismo: 
Se o nucleófilo for neutro…
Reações de Haletos de Acila 
Formação de Amidas a Partir de Haletos de Acila
Aminas terciárias não podem formar amidas. 
Reações de Anidridos de Ácido 
Os anidridos de ácido não reagem com cloreto de sódio
ou brometo de sódio. 
Reações de Ésteres
uma reação de hidrólise
Hidrólise de Amidas
Ativação de Ácidos Carboxílicos
Resumo das reações dos ácidos carboxílicos e seus derivados
Unidade VII: Reações em compostos nitrogenados
Reações de Aminas
Reações de adição–eliminação nucleofílicas. 
Reações de adição conjugada.
Oxidação de Aminas 
Oxidação de Aminas 
Óxidos de aminas Sofrem Reação de Eliminação de Cope
Aminas heterociclicas
A Piridina é uma Amina Terciária 
A piridina sofre substituição aromática eletrofílica no C-3
A piridina sofre uma substituição aromática nucleofílica no C-2 e C-4. 
Reações das Arilaminas
Substituição Eletrofílica em Aromáticos
Os grupamentos amino são ativantes muitos fortes e orientadores orto- e para nas reações de substituição eletrofílica em aromáticos
O grupo amina é um ativante tão forte que não é possível interromper a reação no derivado monobromado.
Outra dificuldade no uso de derivados aminados de benzeno em substituições eletrofílica em aromáticos é que reações Friedel-Crafts não ocorrem. O grupo amino forma um complexo ácido-base com o catalisador AlCl3
Sais de Diazônio: A Reação de Sandmeyer
As arilaminas primárias reagem com o ácido nitroso, HNO2, para dar sais de arenodiazônio estáveis.
Muitos nucleófilicos reagem com sais de arenodiazônio para dar derivados de benzeno.
SÍNTESE DE AGENTES TERAPÊUTICOS
Sinonímia: 4-aminobensenossulfnamida, p-anilinasulfonamida, p-sulfamidoanilina 
Uso terapêutico: antibacteriano
Obtenção da sulfanilamida
Obtenção da benzocaína
Fontes de consultas
BRUICE, Y. B. Química Orgânica. 4. ed. São Paulo: Pearson, v. 1 e 2, 2006. 
John McMurry., Química Orgânica – 7ª Edição, São Paulo – Editora Thomson – 2012.
Francis A. Carey. Química Orgânica - 7ª Edição, São Paulo – Editora Mc Graw Hill – 2011.
4. T. W. Graham Solomons e Graig B. Fryhle., Química Orgânica vol. 1 e 2 – 8ª
 Edição – Rio de Janeiro – Editora LTC – 2005.
5. Marcelo M. M. Pelisson., Mecanismos de Reações Orgânicas – São José dos
 Campos – SP – Editora Poliedro – 2004.
César C. A; Dalva T. F; Milton F e Terezinha J. F., Da Química Medicinal à Química Combinatória e Modelagem Molecular – 2ª Edição – São Paulo – Editora Manole Ltda – 2012.