Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Reações de Substituição São reações características de compostos estáveis (saturados e aromáticos). Característica geral: C – A + B – X C – B + A – X Substituição nos Alcanos (substituição Eletrofílica Radicalar) Os reagentes que fazem substituição em alcanos são os radicais livres, pois, uma vez que estes compostos são totalmente apolares, eles irão sofrer ruptura homolítica e necessitarão de um radical livre para completar a ligação rompida. Halogenação (X2) Substitui-se um hidrogênio por um halogênio em presença de luz solar, ultravioleta ou forte aquecimento: Obs.: A halogenação de alcanos feita com o flúor, F2, é explosiva e difícil de controlar, destruindo inclusive, matéria orgânica. Substituição em alcanos com mais de 3 carbonos A ordem de substituição está de acordo com a ordem de facilidade de saída de hidrogênio, e consequentemente, formação do carbocátion mais estável: C 3º > C 2º > C 1º Regra de Markovnikov para a substituição: entre várias possibilidades de se fazer substituições com hidrogênios de uma cadeia, sairá preferencialmente o hidrogênio do carbono menos hidrogenado, ou seja mais livre. DICA DO ANDRAY.: Neste exemplo percebe-se que o carbocátion mais estável será o secundário, isto porque, a primeira explicação é que o íon é mais estável com a carga no centro da cadia, já que os ligantes geram um impedimento estérico, diminuindo a tendência do carbocátion reagir se mantendo estável pra ocorrer o segundo passo reacional que é o ataque nucleófilo. A outra explicação é que os carbocátions terciários tem maior estabilidade que os secundários e estes maior do que os primários, devido ao fenômeno de efeito indutivo (Is+) que os radicais alquila fazem empurrando elétrons pra cima do carbocátion estabilizando a ligação. Como se percebe, o carbocátion que se forma é secundário, e não primário. Nitração (HNO3) É a substituição do hidrogênio por grupos nitro, - NO2. á feita na presença de ácido nítrico, a quente: Sulfonação (H2SO4) É a substituição de hidrogênios de um alcano por grupos sulfônicos, - SO3H, é feita na presença de ácido sulfúrico a quente: Substituição no Benzeno (substituição Eletrofílica por catálise) Os reagentes que fazem substituição no núcleo aromático são eletrófilos, devido à atração exercida pelos elétrons ressonantes desses compostos. Halogenação (X2) Necessita-se de um catalisador adequado, Fe, FeCl3 ou AlCl3 Nitração Esta reação deve ser feita através de uma mistura de HNO3 e H2SO4 concentrados e quentes. O HNO3 é o agente nitrante e o H2SO4 o desidratante. Sulfonação Ocorre na presença de H2SO4 fumegante, ou seja, com gás SO3 dissolvido e ligeiro aquecido. 2 Alquilação de Friedel-Crafts É a substituição do hidrogênio do anel por um grupo alquila. Ocorre na presença de catalisadores como o AlCl3 seco (anidro) Acilação de Friedel É a substituição do hidrogênio por um grupo acila ( R- C=O). Ocorre na presença de um haleto ácido e do catalisador AlCl3 Substituição em derivados de benzeno. (2ª substituição eletrofílica) A primeira substituição aromática é muito simples, ela ocorre em qualquer posição no anel, já que todos os hidrogênios são equivalentes. No entanto, depois que ocorre a entrada do grupo substituinte, ele, por efeito mesomérico (a atração ou repulsão da nuvem pi), redireciona o próximo substituinte para certas posições relativas no anel. Este primeiro substituinte é chamado de grupo dirigente e as posições mais reativas que ele gera, podem ser: meta ou orto-para. Entender este mecanismo na bibliografia tradicional é um pouco complexo e você precisa de muito tempo para sua leitura, vamos aqui, simplificar e adotar um macete bem fácil, que é determinar onde estão posicionados os elétrons (carga negativa) no anel, usando a eletronegatividade do grupo dirigente. Esta é a regra dos sinais. Lembre a ordem de eletronegatividade, vista na seção de tabela periódica: F>O>N,Cl>Br>I,S,C>P>H Dando um exemplo da regra de sinais, vamos usar o grupo nitro (NO2). O oxigênio, pela fila acima, é mais eletronegativo que o nitrogênio. Portanto, admitiremos para ele, carga negativa e para o nitrogênio, positiva. Sempre daremos a carga negativa para o elemento mais eletronegativo do grupo. Em seguida vamos atribuir cargas para todos os átomos ligantes ao grupo nitro, alternando as cargas e omitindo a carga do carbono imediatamente ligado ao grupo nitro: Dica Mega-importante do prof. MARLOS: Assim poderemos descobrir quais grupos serão m-dirigentes ou o-p- dirigentes, determinando também, o efeito mesomérico e a reatividade. Basta fazer a seguinte associação: “Quando o anele tiver mais cargas negativas do que positivas, pela regra dos sinais, o efeito causado pelo grupo dirigente é de afastamento dos elétrons, ele empurra os elétrons e fica tendencialmente positivo, ele gerou o efeito mesômero (M+) de afastamento. No entanto, se ocorre o contrário, o anel ficará com maior número de cargas positivas e o grupo atrairá os elétrons pi, efeito mesômero (M-) de aproximação. A reatividade é a combinação do efeito mesomérico e do indutivo. “Se os elétrons descerem para o anel, o composto será mais reativo, o grupo será ATIVANTE do anel e areação se processará mais rapidamente”. Exemplo: Pelas posições negativas, concluímos que os grupos hidroxi (OH) e metil (CH3) são o-p-dirigentes, enquanto o grupo ciano (CN) é m-dirigente. Em geral, quando o grupo é m- dirigente, ele é desativante do anel, ou seja, a entrada deste grupo no anel faz com que a próxima substituição (2ª) seja mais lenta e com menor rendimento. Dos compostos acima, o mais reativo é o terceiro, Tolueno, pois os elétrons estão sendo disponibilizados para o anel aromático reagir (elétrons descem), tanto por efeito indutivo, quanto por mesômero. Apesar do fenol (primeiro) ser ativante do anel, já que é mesômero positivo e jogam elétrons reacionais para o anel, perde para o tolueno, pois o efeito indutivo compete com o mesomérico, diminuindo um pouco a disponibilidade destes elétrons para o anel. O menos reativo de todos é o benzeno nitrilo (segundo), devido aos elétrons estarem sendo retirados do anel, tanto por efeito mesomérico, quanto por efeito indutivo. Podemos fazer as seguintes generalizações para a segunda substituição, em função do grupo dirigente e da proporção reacional dada na questão: Grupos orto-para dirigentes: Na proporção de 1mo do aromático para 1 mol do substituinte (1:1) não há como fazer o balanceamento, já que o anel reage nas duas posições, orto e para, então dobramos ambos. Note que a proporção continua sendo (1:1), mas o balanceamento fica correto: Na proporção de 1 mol do aromático para dois mols do substituinte (1:2) a reação se dá preferencialmente no mesmo anel: Na proporção e um mol de aromático para três do substituinte (1:3) a substituição é total, no anel: 3 Grupos Meta-dirigentes: Na proporção de 1mol do aromático para 1 mol do substituinte: Na proporção de 1:2 a substituição é total: Obs.: radicais o-p dirigentes são ativantes do anel, isto quer dizer que eles facilitam a entrada do segundo átomo no aromático. apesar de serem o-p dirigentes os halogênios dificultam a entrada de outro radical, sendo uma importante exceção, se ligue! VAMOS PRATICAR 1. O benzeno é um composto orgânico volátil e classificado pela Agência Internacional de Pesquisa em Câncer como carcinogênico. Ele está presente na fumaça dos cigarros e nos derivados de petróleo. A exposição prolongada a esse composto provoca diversos efeitos no organismo humano tais como: a depressão da medula óssea, leucopenia e ocorrências raras de leucemia. Com relação as suas propriedades físicas e químicas, assinale a opção INCORRETA. a) Seguea regra de Hückel (4n + 2), portanto é um composto aromático. b) Reage com Cl2/FeCl3 produzindo o clorobenzeno. c) Reage com o iodeto de metila através de uma reação tipo SN2. d) Sofre aquilação e acilação de Friedel-Crafts. e) A reação com HNO3/H2SO4 produz onitrobenzeno. 2. UFMA/chapadinha 2006 (treaçãoes de aromáticos) No composto aromático de fórmula genérica, representado a seguir, quando A for –COCH3, –NO2 ou –Cl, uma reação por substituição eletrofílica ocorrerá, respectivamente, nas posições: a) meta / orto e para / meta b) orto e para / meta / meta c) orto e para / orto e para / meta d) meta / meta / orto e para e) meta / orto e para / orto e para 3. UFPI 2003 Considere a estrutura do nitrobenzeno, representada abaixo. Em relação ao nitrobenzeno, são feitas as seguintes afirmações: I. II. III. I. É o produto da reação do benzeno com o ácido nítrico, pela substituição de um átomo de hidrogênio pelo grupo nitro. II. A presença do grupo nitro (NO2) no anel aumenta a reatividade do nitrobenzeno em relação ao benzeno, frente às reações de substituição eletrofílica. III. A reação do nitrobenzeno com bromo Br2 fornece principalmente o produto meta. Marque apenas a alternativa verdadeira. a) Somente I está correta. b) Somente I e II estão corretas. c) Somente II está correta. d) Somente II e III estão corretas. e) Somente I e III estão corretas. Reações de Adição São reações características de compostos insaturados ou de cadeias fechadas de até 4 carbonos, seguem o esquema: Numa reação de adição, a ligação é deslocada para um dos carbonos, tornando-o negativo e propício a um ataque eletrófilo. O carbono que ficou longe da ligação torna-se positivo e propício ao ataque nucleófilo. Adição em alcenos. O elétrons pi () contribuem menos que os elétrons sigma () para manter unidos os núcleos de carbono. Consequentemente eles próprios são menos atraídos por estes. Os compostos que possuem dupla ligação funcionam como bases de Lewis por poder ceder um par de elétrons Os alcenos são mais reativos que os alcinos por não terem impedimento estérico das ligações pi Halidrificação O HCl, o HBr e o HI transformam os alcenos nos correspondentes haletos de alquila. A orientação da adição nos alcenos depende da estabilidade do carbocátion. Veja o exemplo abaixo: http://www.geocities.com/vienna/choir/9201/quimica_organica.htm#2.1 4 Obedece a regra de Markovnikov:: “Nas reações de adição, o hidrogênio se adiciona ao carbono mais hidrogenado da dupla ligação”. Observe que na adição de halogenidreto bem como na adição de água o hidrogênio busca carbono primário da dupla, aquele mais hidrogenado. A lógica é esta o carbono mais hidrogenado é mais negativo ele atrairá com mais intensidade o H do reagente.Outra maneira de se comprovar é o raciocínio do efeito indutivo, onde os radicais empurram o elétron da ligação para o carbono da extremidade da cadeia. Obs.: A adição de Kharasch ou anti-Markovnikov. A adição de brometo de hidrogênio (HBr) pode ocorrer inversa a Markovnikov se a reação for feita na presença de peróxido orgânico (meio peroxidado) que geralmente aparecem como impurezas. Segue-se o seguinte mecanismo: 1ª etapa: peróxido rad 2ª etapa: rad + HBr radH + Br – 3ª etapa: Br - + C = C Br – C - C 4ª etapa: Br – C - C + HBr Br – C – C Hidratação A adição de água, ocorre em meio ácido, produzindo álcoois e segue a regra de Markovnikov: Halogenação O cloro e o bromo transformam facilmente os alcenos em dihaletos vicinais, dissolvidos normalmente em um solvente inerte, como o tetracloreto de carbono. O iodo, em geral, não reage por ser um sólido e a reação se torna demasiadamente lenta. A adição forma di-haletos vicinais. Reação de Diels-Alder Permite identificar os hidrocarbonetos diênicos e também obter hidrocarbonetos com ciclos de 6 carbonos. É uma adição 1,4. Adição em alcinos Os alcinos podem sofrer reações de adição eletrófila como os alcenos, e neste caso é possível adicionar o dobro, pois possuem 2 ligações .A novidade é que os alcinos podem sofrer adição nucleófila, este tipo de reação não é possível nos alcenos. Hidrogenação parcial e total. A hidrogenação parcial produz alcenos. A hidrogenação total produz alcanos. Monohidratação dos alcinos A monohidratação dos alcinos ocorre na presença de ácido sulfúrico e cátion Hg2+ e produz enóis (Tautomeria). Adição em Alcadienos acumulados e isolados Os alcadienos acumulados e isolados fazem o mesmo tipo de reações que os alcenos, só que em dobro, nas duplas ligações: Obs.: Quando existe duas ou mais hidroxilas no mesmo carbono (diol gemnico) o composto sofre desidratação intramolecular, a esta regra denomina-se de regra de Erlenmeyer: Alcadienos conjugados Denomina-se de Hiperconjugação, o fenômeno de ressonância que ocorre em compostos que contenham ligações alternadas (como o benzeno), que é o caso dos dienos conjugados. 5 Os elétrons passam a ocupar a região central e um dos carbonos da extremidade, deixando a molécula propícia a um ataque eletrófilo. Observe: Adição em ciclanos Teoria da tensão de Baeyer: quando um carbono faz 4 ligações , possui hibridação sp3 e o “ângulo” entre as ligações deve ser 109º28’ para um máximo de estabilidade no composto. Caso em alguns ciclanos o ângulo não é esse, essas moléculas apresentam certa instabilidade então Baeyer analisou: Ciclopropano: o ângulo entre as ligações é de 60º, sendo o mais instável dos ciclanos; adiciona H2 a uma temperatura de 120ºC. Ciclobutano: o ângulo entre as ligações é de 90º; é mais estável que o ciclo propano; adiciona H2 a 200ºC. Ciclopentano: o ângulo entre as ligações é de 108º; mais estável que os anteriores; adiciona H2 somente a partir de 300ºC. Ciclo-hexano: seguindo este raciocínio acreditou que o ângulo seria de 120º e deveria adicionar H2 mais facilmente que o ciclopropano. Porém pela descoberta de Sasche-Mohr se aceita que as estrutura dos compostos com mais de cinco carbonos são espaciais. obs.: Hidrocarbonetos aromáticos apesar de estáveis e tenderem a reações de substituição, podem sofre adição total n presença de halogênios e luz. VAMOS PRATICAR 4. (Marlos Andray) O produto da reação: É representado corretamente por: 5. UFMA/PSG-3 2006 (adição) O produto da reação do propino com excesso de HBr é: a) 1,3 – dibromo propeno b) 3,3 – dibromo propino c) 2,2 – dibromo propano d) 2,3 – dibromo propeno e) 1,1 – dibromo propino 6. Unesp 2004 – reações de alcinos Na reação de adição de água em alcinos (reação de hidratação), apenas o etino (acetileno) produz um aldeído (etanal); os demais alcinos produzem cetona em decorrência da regra de Markownikoff. Das reações relacionadas, a que representa a hidratação do etino produzindo etanal é: 7. Puc 2005 ( reações de adição) As reações de adição na ausência de peróxidos ocorrem seguindo a regra de Markovnikov, como mostra o exemplo. Considere as seguintes reações: Os produtos principais, X e Y, são, respectivamente, a) 3-cloro-2-metilbutano e 1-propanol b) 3-cloro-2-metilbutano e 2-propanol c) 2-cloro-2-metilbutano e 1-propanol d) 2-cloro-2-metilbutano e 2-propanol e) 2-cloro-2-metilbutano e propanal 8. Para cada uma das três equações relacionadas abaixo, indique as fórmulas estruturais dos produtos principais e os subprodutos correspondentes: 6 Reações de Eliminação a) Intramolecular: quando a eliminação ocorre dentro da mesma molécula: b) Intermolecular: quando a eliminação ocorre entre duas moléculas do composto: Desidratação É um exemplo muito comum de reações de eliminação, que precisam de agentes desidratantes, é o caso do H2SO4. Pela regra de Saytzef, sairá preferencialmenteo hidrogênio do carbono, vizinho ao que contem a hidroxila, menos hidrogenado, ou seja, formam-se em maior quantidade compostos provenientes da eliminação de hidrogênios de: C terciário > C secundário > C primário Exemplo: VAMOS PRATICAR 9. (PUC-RS) Qual o produto obtido pela seguinte reação: a) pent-1-eno. b) pent-1-ino. c) pent-2-eno. d) pent-2-ino. e) pentan-1-ol. 10. UFPI 2003 Um haloalcano sofre reação de desidroalogenação (eliminação) produzindo um alceno, que é posteriormente submetido a uma ozonólise, produzindo um mol de acetaldeído (CH3CHO) e um mol de acetona (CH3COCH3). O haloalcano é o: a) 2–cloro–3–metilbutano. b) 1–cloro–3–metilbutano. c) 2–cloro–3–metilpentano. d) 3–cloro–3–metilpentano. e) 1–cloro–4–metilbutano. 11. (PUC-PR) Sobre as reações abaixo, o produto principal em cada uma é representado por P1, P2 e P3, é correto afirmar: a) I é uma reação de eliminação e o produto principal P1, é o 2- metil-1-buteno. b) II é uma reação de adição e P2 é o 2-bromo-3- metilbutano. c) III é uma reação de hidratação e P3é um álcool. d) Na reação I o carbono terciário passa de híbrido Sp3 para Sp2, sem ocorrer variação de NoX. e) Na reação III o carbono secundário passa de híbrido Sp para Sp2, ocorrendo um aumento do NoX. Reações de oxidação São reações que ocorrem variações no Nox, provocadas especificamente pelo oxigênio (oxidação) Ozonólise – Compreende em submeter um alceno à ação do ozônio (O3) de modo a produzir um composto intermediário (ozoneto) que por hidrólise, produz aldeído e/ou cetona e água oxigenada. Atenção: No processo de ozonólise se o carbono da dupla apresentar: 1 hidrogênio, forma-se aldeído. 2 hidrogênios, forma-se metanal. Não possui hidrogênio, forma-se cetona. Oxidação Branda: Compreende em submeter o alceno a ação de uma solução diluída, neutra ou levemente básica de permanganato de potássio (KMnO4), cujo produto será um diálcool vicinal. A razão de esta reação ser chamada de oxidação branda é o fato do rompimento de somente uma ligação da dupla. Oxidação Enérgica: Submetendo um alceno ação de uma solução concentrada de permanganato de potássio, sob aquecimento. Dependendo da posição da dupla, obtém-se ácido, cetona e gás carbônico. Considerações Importantes: Se o carbono da dupla possui um hidrogênio, forma-se ácido. Se o carbono da dupla possui dois hidrogênios, forma-se gás carbônico. Se o carbono da dupla não possui hidrogênio, forma-se cetona. 7 Para obter oxidação branda, usamos agente oxidante, normalmente o permanganato de potássio, em meio básico. Na oxidação energética o meio deve ser ácido que provoca redução mais intensa no íon permanganato e, portanto uma oxidação mais intensa. 1. As ligações e dos carbonos, que fazem a ligação dupla, são rompidas, e as valências livres resultantes de cada carbono são preenchidas com grupos OH. 1. Formam-se assim moléculas com diol-gêmio (dois grupos OH no mesmo carbono). Segue-se regra de Erlenmeyer de desidratação intramolecular, para adquirir estabilidade. 2. Se algum dos carbonos oxidados (os que possuem duplas) tiver ligação com hidrogênio, a oxidação terá prosseguimento e a ligação C – H será transformada em ligação C – OH . 3. Deste modo, a reação pode ser escrita numa única etapa. Se pelo menos um dos carbonos que fazem a ligação dupla for primário, obteremos ácido carbônico, H2CO3 que é instável e se decompõe em água e CO2. Oxidação branda em Alcinos Se os dois carbonos da dupla forem primários, forma um dial (dialdeído) Se os dois carbonos da dupla forem secundários, forma-se uma diona (dicetona) Exemplo: oxidaçao branda do but-2-ino: VAMOS PRATICAR 12. (U. E Santa Maria RS) Os principais produtos obtidos pela oxidação do buteno-2 com KMn04 em meio ácido e em meio básico são, respectivamente, são: 13. (PUC-MG) Na oxidação exaustiva (KMn04aq)/H+ de um composto, foram obtidos ácido propanóico e propanona. O composto considerado tem nome: a) 2-penteno b) 2-metil-2-penteno c) 2-metil-3-penteno d) 3-m~til-2-penteno e) 3-hexeno 14. (Cesgranrio) Um alceno X foi oxidado energicamente pela mistura sulfomangânica (KMn04 + H2S04). Os produtos da reação foram butanona e ácido metilpropanóico. Logo, o alceno X é: a) 2-metil 3-hexeno b) 3-metil 3-hexeno c) 2,4 dimetil 3-hexeno d) 2,5 dimetil 3-hexeno e) 3,5 dimetil 3-hexeno Oxidação em homólogos de benzeno Os aromáticos têm uma grande estabilidade diante dos oxidantes mais energéticos, entretanto os compostos de série homóloga do benzeno sofrem oxidação na cadeia lateral. O carbono diretamente ligado ao anel se oxida formando um grupo carboxila. Os demais carbonos da cadeia lateral se decompõem em gás carbônico e água. 8 Oxidação parcial de álcool Costuma-se usar para oxidar álcoois primários a aldeídos apenas soluções de K2C2O7 (dicromato de potássio). Oxidação total de álcool A oxidação de álcoois a ácidos carboxílicos é feita usando-se soluções de permanganato de potássio, KmnO4 em meio ácido. Ozonólise Os alcenos, reagindo com o ozônio em meio aquoso, produzem aldeídos e/ou cetonas. Trata-se de uma reação que destrói completamente a dupla ligação, quebrando a molécula do alceno em moléculas menores. O ozônio é um oxidante bastante enérgico e entra em reação de adição com o alceno, formando o ozonídeo ou ozoneto, um produto intermediário instável, que então se decompõe nos produtos finais, por hidrólise. Na prática, faz-se borbulha o gás ozônio numa solução do alceno em solvente inerte, como o tetracloreto de carbono. Por evaporação do solvente em seguida, obtém-se o ozonídeo, que tem a forma de um óleo viscoso. Por ser muito instável e explosivo, não se pode purificar esse ozonídeo, e faz-se reagir diretamente com a água, geralmente em presença de um agente redutor. A função desse agente redutor, geralmente a limalha de zinco, consiste em impedir a formação do peróxido de hidrogênio, que se aparecesse, reagiria com aldeídos e cetonas. O zinco captura um oxigênio, formando o óxido de zinco (ZnO). Veja o exemplo da ozonólise do metil propeno: VAMOS PRATICAR 15. (PUC-PR) A reação de ozonólise dos alcenos produzirá moléculas de: a) álcoois ou fenóis b) cetonas ou aldeídos c) cetonas ou ácidos carboxílicos d) álcoois ou ácidos carboxílicos e) diálcoois ou ácidos carboxílicos 16. (UEMG) O tratamento de certo alceno com ozônio (ozonólise) e a posterior hidrólise do ozoneto assim obtido, chega na propanona e etanal como produtos finais. Assinale o alceno em questão: a) 2,3-di-metil buteno-2 b) penteno-2 e) 3,5 dimetil 3-hexeno c) metil buteno-2 d) buteno-2 e) butadieno-l,2 17. Um composto A reage com dois moles de hidrogênio na presença do catalisador de paládio produzindo o composto B. A ozonólise redutiva de A fornece os seguintes compostos orgânicos: As estruturas dos compostos A e B são respectivamente: 18. Ita 2003 ( oxidação de álcool) Qual das opções apresenta uma substância que ao reagir com um agente oxidante ([O]), em excesso, produz um ácido carboxílico? a) 2-propanol. b) 2-metil-2-propanol. c) ciclobutano. d) propanona. e) etanol 19. Puc 2005 (reações orgânica álcoois) O etanol participa de uma série de reações, sendo matéria-prima para a obtenção de muitos produtos.Em um caderno foram encontradas anotações sobre algumas dessas possíveis reações e seus respectivos produtos: I. A oxidação adequada do etanol produz o ácido etanóico (ácido acético). II. A redução do etanol produz o etanal (acetaldeído). III. O aquecimento do etanol com H2SO4 concentrado, em condições adequadas, forma o etóxi-etano (éter dietílico). IV. A reação do etanol com o ácido metanóico, em condições adequadas, forma o etanoato de metila. Estão corretas apenas as afirmaçõesa) I e III. b) II e IV. c) III e IV. d) I, II e III. e) I, III e IV.
Compartilhar