Slides de Aula - Unidade III

Prévia do material em texto

Profa. MSc. Sandra Moretto
UNIDADE III
Química Orgânica e 
Experimental
1. Reações de substituição: substituição de um grupo por outro. 
Características de compostos saturados, tais como alcanos e haletos de alquila.
Exemplos: 
a) 
b)
Tipos de reações orgânicas 
Fonte: livro-texto
H3C – CI + Na
+OH-
H2O
H3C – OH + Na
+CI-
haleto de alquila
CH4 + Br2
Δ LUZ
CH3 – Br + HBr
Alcano
2. Reação de adição: caraterística de compostos insaturados.
 Existem, basicamente, quatro tipos de reações de adição.
a) Hidrogenação (H2)
b) Halogenação (X2, em que X = halogênio)
c) Hidratação (H2O)
d) HX (halogênio-hidreto) 
Tipos de reações 
a) Hidrogenação
Alceno
Alcino
b) Halogenação
Tipos de reações 
Fonte: https://www.infoescola.com/reacoes-
quimicas/halogenacao/
CH2 = CH2 + H2
Pressão, calor
CH3 – CH3
Ni ou Pt
Fonte: https://www.infoescola.com/quimica/hidrogenacao/
CH ≡ CH + H2
Pressão, calor
CH2 = CH2 + H2
Ni ou Pt
Pressão, calor
Ni ou Pt
CH3 – CH3
c) Hidratação de alcenos
 É reação de adição de água a alcenos para produzir álcoois. 
 A reação ocorre sobre o tratamento de alceno com a água e um ácido forte como catalisador 
(HA) por um mecanismo similar ao de adição de HX. 
Álcool primário
 Para formar um álcool primário é necessário que tenhamos um alceno com apenas dois
átomos de carbono.
Tipos de reações 
Fonte: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/hidratacao-alcenos.htm
H2C = CH2 + H2O → H2C – CH2
OH H
Álcool secundário:
 Para formar um álcool secundário é necessário que tenhamos um alceno de, no mínimo, três
átomos de carbono. Um exemplo é a hidratação do but-2-eno:
Álcool terciário:
 Para formar um álcool terciário é necessário que tenhamos 
um alceno com mais de três átomos de carbono, porém é 
fundamental que a cadeia seja ramificada.
Tipos de reações 
Fonte: 
https://mundoeducacao.bol.
uol.com.br/quimica/hidrataca
o-alcenos.htm
Fonte: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/hidratacao-alcenos.htm
H3C – CH = CH – CH3 + H2O → H3C – CH – CH – CH3
OH H
H3C – C = CH – CH3 + H2O → H3C – C – CH – CH3
OH H
CH3CH3
d) Adição de HX. Em alcenos assimétricos, segue-se a regra de Markovnikov, que diz de 
maneira simplificada que o átomo de hidrogênio do HX é adicionado ao átomo de carbono da 
dupla que tiver a maior quantidade de hidrogênios ligados a ele.
 A única exceção a essa regra ocorre quando há a adição de 
HBr na presença de peróxidos; nesse caso, é anti-
Markovnikov.
Tipos de reações 
Fonte: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/reacoes-adicao-alcenos.htm
CH ≡ CH + H2
Pressão, calor
CH2 = CH2 + H2
Ni ou Pt
Pressão, calor
Ni ou Pt
CH3 – CH3
CH3 – CH = CH2 + H – Br → CH3 – CH – CH2
H Brpropeno
3) Reação de eliminação: é o oposto da reação de adição. 
Exemplos a)
b)
Tipos de reações 
Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacoes-eliminacao.htm
H – C – C – H
KOH
C = C
H Br
H H
H H
H H
+ HBr
H3C – CH2
H2SO4 H2C = CH2 + H2O
170ºC
OH
 Determinam-se quais ligações são realizadas ou quebradas. 
 A ligação covalente, que é a principal ligação existente nas moléculas químicas, pode ser 
quebrada de duas maneiras: 
a) Simetricamente: cisão homolítica, em que cada átomo fica com um elétron produzindo 
fragmentos com elétrons desemparelhados chamados de radicais livres. 
A quebra homolítica se dá em meio a uma alta energia. A reação com moléculas apolares ou 
com baixa diferença de eletronegatividade torna possível sua ocorrência. Exemplo:
Mecanismos das reações 
H – C • • H
H
H
H – C • + • H
H
H
Radical livre 
b) Assimetricamente: cisão heterolítica, em que um dos átomos fica com o par de elétrons 
produzindo um cátion e um ânion.
As rupturas heterolíticas ocorrem normalmente em ligações polarizadas a uma baixa energia e 
na presença de solventes polares.
a)
Mecanismos das reações 
Fonte: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/ruptura-ligacoes-compostos-organicos.htm
H – C • • Br
H
H
H – C + + Br‾
H
H
 Os radicais formados pela quebra homolítica da ligação são muito reativos, porque possuem 
uma deficiência de elétrons na camada de valência e procuram fazer novas ligações 
químicas para se estabilizar (regra do octeto). 
 Os radicais se estabilizam realizando principalmente reações de substituição e adição. 
a) Reações de substituição via radical: substitui um átomo de uma outra molécula dando 
origem a um novo radical. 
 Esse novo radical formado pode reagir com outros compostos, 
formando novos radicais e assim por diante, em uma reação 
contínua (reação em cadeia).
Reações radicalares
 Nessas reações, um ou mais átomos de hidrogênio são substituídos por um halogênio (Cl, 
Br, I = X).
 O mecanismo para 
essa reação envolve 
três etapas fundamentais:
Reações de substituição via radical: reações de halogenação 
CH4 + CI2 CH3CI + CH2CI2 + CHCI3 + CCI4 + HCI
Aquecimento
ou radiação UV
Possuem propriedades físicas diferentes 
Podem ser separadas por destilação
Iniciação CI2 2CI•
Aquecimento
Ou Radiação UV
Propagação
CI• + CH4 •CH3 + HCI
Substituição
•CH3 + CI2 CH3CI + CI•
Substituição
Término
CI• + CI• CI2
CI• + •CH3 CH3CI
•CH3 + •CH3 CH3CH3
Vários produtos possíveis 
CH2CI2 (Diclorometano) 
CCI4 (Tetracloreto de carbono)
Fonte: livro-texto
Na reação do H2C = CH – CH3 com HBr, há formação em maior quantidade do:
a) 1-bromopropano.
b) 2-bromopropano.
c) 1,2-dibromopropano.
d) 1,3-dibromopropano.
e) 2,2-dibromopropano. 
Interatividade
b) 2-bromopropano.
Resposta
H3C – CH – CH3
Br
 Exemplo:
Reações de oxidação – redução (reações redox)
Fonte: https://alunosonline.uol.com.br/quimica/reacoes-oxirreducao.html
Fonte: https://quimicaevestibular.com.br/reacoes-de-oxirreducao/
Reações de oxirredução
Oxidação:
• Perda de elétrons;
• Nox aumenta;
• É o agente redutor.
Redução:
• Ganho de elétrons;
• Nox diminui;
• É o agente oxidante.
 Em compostos orgânicos é, por vezes, difícil reconhecer o número de oxidação dos 
elementos e saber em uma reação qual é que ganha ou perde elétrons.
Química Orgânica: aplicam-se, geralmente, as seguintes regras, mais práticas: 
 Oxidação é a remoção de hidrogênio (H) ou a adição de oxigênio (O) em uma molécula 
orgânica.
 Redução é a adição de hidrogênio (H) ou a remoção de oxigênio (O) em uma molécula 
orgânica.
Reações de oxidação – redução (reações redox)
 As reações de oxidação das substâncias orgânicas devem ser catalisadas por agentes 
oxidantes. 
São simbolizados por [O] e podem ser: 
 Permanganato de potássio (KMnO4).
 Dicromato de potássio (K2Cr2O7). 
 Tetraóxido de ósmio (OsO4).
Reações de oxidação – redução (reações redox)
 Já as reações de redução das substâncias orgânicas devem ser catalisadas por agentes 
redutores. 
São simbolizados por [H] e podem ser: 
 Hidreto de lítio e alumínio (LiAlH4). 
 Boro hidreto de sódio (NaBH4). 
Reações de oxidação – redução (reações redox)
 A oxidação de álcoois fornece diferentes produtos que dependem da estrutura inicial do 
álcool.
 Álcoois primários resultam em ácidos carboxílicos, majoritariamente, ou aldeídos com 
determinados reagentes.
 Álcoois secundários oxidam para cetonas. 
 Já os álcoois terciários, cujo carbono está ligado a outros três, dificilmente sofrem oxidação 
devido à ausência de hidrogênio para ser removido.
Oxidação dos álcoois 
 Os álcoois primários sofrem, na realidade, duas oxidações seguidas: a primeira resulta em 
um aldeído, porém os oxidantes que geralmente são utilizados na reação fazem com que ela 
prossiga e oxide o aldeído formado a ácido carboxílico. Exemplo:
 No esquema, os hidrogênios em vermelho reagiram com o 
oxigênio do agente oxidante, formando a água que foi 
retirada. Portanto, diz-se que a oxidação é um processo de 
“retirada de hidrogênio”.
Oxidação de álcool primário
H2C – C – H
H
OH
H2O
[O]
H3C– C 
H
O
[O]
H3C – C 
OH
O
Aldeído (etanal)Álcool primário 
(etanol)
Ácido carboxílico 
(ácido etanoico)
Fonte: livro-texto
 Os álcoois secundários, diferente dos primários, são oxidados de apenas uma forma, 
gerando sempre como produto uma cetona. Essa reação ocorre rapidamente e possui um 
alto rendimento.
 Para a oxidação de álcoois secundários, geralmente são 
utilizados reagentes de cromo, como óxido de cromo (VI) 
(CrO3) ou dicromato de sódio (Na2Cr2O7) em ácido sulfúrico 
aquoso (Reagente de Jones).
Oxidação de álcool secundário
H2C – C – CH3
H
OH
[O]
H2C – C – CH3
O
Fonte: livro-texto
 Reações orgânicas de redução são fenômenos químicos que ocorrem sempre que 
determinados compostos orgânicos oxigenados (formados por carbono, hidrogênio e 
oxigênio) e nitrogenados (formados por carbono, hidrogênio e nitrogênio) sofrem ataque de 
átomos de hidrogênio ([H]) provenientes da substância gás hidrogênio (H2) em meio a níquel 
metálico (Ni) ou das substâncias hidreto de lítio e alumínio (LiAlH4) e boro hidreto de sódio 
(NaBH4) aquosos (misturados à água).
 Redução de aldeídos e cetonas: 
Reações de redução
CH3 CH2 CH2 CH
O
1. NaBH4 CH3 CH2 CH2 CH2
OH
2. H+,H2O
Aldeído Álcool primário
CH3 CH2 CH2 CH3
O
1. NaBH4 CH3 CH2 CH2 CHCH3
OH
2. H+,H2O
Cetona Álcool secundário
Fonte: livro-texto
Resumo
H – C – H
[ox]
C
H
H
H H
O = C = O
[red]
H – C – OH
[ox]
H
H
[red]
O
[ox]
[red]
C
H H
O
[ox]
[red] (CO2)
Dióxido de 
carbono
Ácido 
carboxílico
AldeídoÁlcoolAlcano
OXIDAÇÃO
REDUÇÃO
Fonte: livro-texto
Quais os produtos, respectivamente, da oxidação completa do propan-1-ol?
a) Propanal e ácido propanoico. 
b) Propanona e propanal.
c) Propanoico e propanal.
d) Etanal e ácido etanoico.
e) Ácido propanoico e propanal.
Interatividade
Quais os produtos, respectivamente, da oxidação completa do propan-1-ol?
a) Propanal e ácido propanoico. 
b) Propanona e propanal.
c) Propanoico e propanal.
d) Etanal e ácido etanoico.
e) Ácido propanoico e propanal.
Resposta
 A reação mais comum de um composto aromático é a de substituição aromática eletrofílica, 
ou seja, um eletrófilo (E+) reage com o anel aromático e substitui um dos seus átomos de 
hidrogênio. 
Reações químicas do benzeno 
Fonte: livro-texto
 Vários substituintes diferentes podem ser introduzidos no anel aromático por meio das 
reações de substituição eletrofílica. 
Reações químicas do benzeno 
Fonte: livro-texto
Nitração
Sulfonação
Alquilação
Halogenação Acilação
a) Reação de halogenação
Reações químicas do benzeno 
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2225822/mod_resource
/content/0/07%20Rea%C3%A7%C3%B5es%20de%20SEAr.pdf
Benzeno Bromobenzeno
FeBr3
Br2 HBr
Br
b) Reação de nitração
 Nessa reação, o benzeno interage com o ácido nítrico (HNO3), sempre com a presença do 
catalisador ácido sulfúrico (H2SO4) e aquecimento.
 O processo ocorre com a troca de um hidrogênio do benzeno pelo grupo NO2 do ácido. 
Reações químicas do benzeno 
Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacoes-substituicao-no-benzeno.htm
+ HNO3
H2SO4
Δ
+ H–OH
c) Reação de sulfonação
Reações químicas do benzeno 
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2225822/mod_resource/co
ntent/0/07%20Rea%C3%A7%C3%B5es%20de%20SEAr.pdf
d) Reação de alquilação aromática (alquilação de Friedel-Crafts) 
Reações químicas do benzeno 
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2225822/mod_resource/con
tent/0/07%20Rea%C3%A7%C3%B5es%20de%20SEAr.pdf
AICI3
(0.1 equiv.)
e) Reação de acilação de aromática (acilação de Friedel-Crafts) 
Reações químicas do benzeno 
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2225822/mod_resource/c
ontent/0/07%20Rea%C3%A7%C3%B5es%20de%20SEAr.pdf
Benzene
Acetyl chloride
(na acid chloride) Acetophenone
(a ketone)
1) AICI3 (1.1 equiv.)
2) H2O
 Orientação dos grupos substituintes (entrada do segundo substituinte)
Segunda substituição no benzeno
Fonte: Livro texo
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2225822/mod_resource/content/0/
07%20Rea%C3%A7%C3%B5es%20de%20SEAr.pdf
Orientadores orto/para Orientadores meta
Ativadores fortes: -NH2, -NHR, -NR2, -OH, -O, -
Ome, -OR
Desativadores moderados: -CN, -SO3H,
Ativadores moderados: -NHCOCH, - NHCOR Desativadores fortes: -NO2, -N+R3, -CF3, -CCI3
Ativadores fracos: -CH3, -C2H5, -R 
(hidrocarbonetos em geral)
Desativadores fracos halogênios
Isômero orto Isômero meta Isômero para
 Exemplo de radicais orto/para para dirigentes
Segunda substituição no benzeno
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2225822/mod_resource/
content/0/07%20Rea%C3%A7%C3%B5es%20de%20SEAr.pdf
 Exemplo de radicais meta dirigentes
Segunda substituição no benzeno
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2225822/mod_resource/
content/0/07%20Rea%C3%A7%C3%B5es%20de%20SEAr.pdf
 Sabendo que alguns monoderivados do benzeno dirigem o substituinte principalmente para 
as posições orto e para, e outros monoderivados do benzeno dirigem-no para a posição 
meta, indique o(s) produto(s) obtido(s) na reação entre o nitrobenzeno e o cloro:
a) para-cloronitrobenzeno.
b) orto-cloronitrobenzeno.
c) meta-cloronitrobenzeno.
d) orto e para-cloronitrobenzeno
e) meta-nitrocloroobenzeno.
Interatividade
c) meta-cloronitrobenzeno
Resposta
Cl2
AICl3
Cl
+ HCl
NO2NO2
Fonte: autoria própria
 Um grupo substitui outro.
Reações de Substituição Nucleofílica (SN) 
Fonte: http://coral.ufsm.br/quimica_organica/images/SubstNuGeral.pdf
Esta é uma reação de “substituição”: Nu substitui o X 
Y substitui X (substituição)
Y “desloca” X
Substrato
Leaving
Group (LG)
ProdutoNucleófilo Leaving-group
 Ocorre quando um nucleófilo, uma espécie com um par de elétrons não compartilhados, 
reage com um haleto de alquila (chamado de substrato) pela reposição do halogênio 
substituinte. 
 Ocorre uma reação de substituição e o halogênio substituinte, chamado de grupo retirante, 
afasta-se como um íon haleto.
 Como a reação de substituição é iniciada por um nucleófilo, ela é chamada de reação de 
substituição nucleofílica (SN).
Mecanismo de reação de substituição
 As reações de substituição nucleofílica na presença de base estão entre as reações mais 
versáteis e utilizadas em química orgânica.
 Mecanismo geral das reações de substituição nucleofílica.
Mecanismo de reação de Substituição Nucleofílica (SN)
Fonte: livro-texto
Nu: + R – X R – Nu + :XGeral
Nucleófilo Haleto de alquila 
(substrato)
Produto Íon haleto
HO- + CH3–CI CH3–OH + CI
-
Exemplos:
CH3O
- + CH3CH2–Br CH3–CH2–OCH3 + Br
-
 Nas reações SN, a ligação C-X do substrato passa por uma heterólise.
 Esta é uma reação em Carbono sp3 (tetraédrico).
 O par não compartilhado do nucleófilo é usado para formar uma nova ligação para o átomo 
de carbono. 
Mecanismo de reação de substituição 
Bases fortes são tipicamente bons nucleófilos
Fonte: livro-texto
Nu: + R – X R – Nu + :X
Nucleófilo Heterólise Produto Íon haleto
Grupo retirante
O mecanismo das reações SN pode ocorrer de duas maneiras:
a) Reações do tipo SN1 (Primeira Ordem): é necessário apenas o haleto de alquila. A ligação 
carbono-halogênio se rompe formando um carbocátion, que posteriormente reage com o 
nucleófilo.
b) Reações do tipo SN2 (ou bimolecular): em que é necessário o choque do nucleófilo com o 
haleto de alquila. As ligações carbono-halogênio se rompem ao mesmo tempo em que uma 
nova ligação se forma entre o nucleófilo e o carbono.
Mecanismo de reação de substituição 
 Substituição nucleofílica monomolecular ou de primeira ordem (SN1)
Ex.:
A reação ocorre em duas etapas:
 a primeira etapa é a ionização do haleto orgânico (etapa lenta); 
Mecanismo de reação SN1 
Fonte: autoria própria
Fonte: livro-texto
 A segunda é uma reação entre íons, ataque do nucleófilo ao carbocátion (etapa rápida).
I. O ataque do nucleófilo é frontal, não ocorre “portrás” da 
molécula, pois há impedimento espacial (estérico).
II. O mecanismo SN1 ocorre principalmente nos haletos
terciários, pois, nesse caso, o carbocátion formado é 
bastante estável. 
Mecanismo de reação SN1 
-
Fonte: autoria própria
 São reações de segunda ordem global. 
 Para que a reação se realize, um íon hidróxido e uma molécula de cloreto de metila precisam 
colidir. 
 Dizemos também que a reação é bimolecular (duas espécies estão envolvidas na reação) ou 
do tipo SN2, que significa substituição nucleofílica bimolecular.
 A reação de substituição nucleofílica bimolecular é um processo de segunda ordem: a 
velocidade é proporcional à concentração do substrato e do nucleófilo.
Mecanismo de reação SN2
Fonte: livro-texto
Nu: + CH3CH2–(Grupo retirante) CH3CH2-Nu + (Grupo retirante)
 De acordo com esse mecanismo, o nucleófilo aborda o carbono que carrega o grupo 
retirante por trás, isto é, pelo lado diretamente oposto ao grupo retirante. 
 Com a ligação do nucleófilo ocorre uma inversão da configuração
 O mecanismo para a reação SN2 envolve apenas uma etapa.
 Não há intermediários. 
 A reação prossegue pela formação de uma disposição instável 
de átomos chamados estado de transição.
Mecanismo das reações SN2 
A reação ocorre em uma etapa:
Exemplo: 
Mecanismo de reação SN2
Fonte: livro-texto
Fonte: livro-texto
 Evidências experimentais para o mecanismo da reação SN2
1. A velocidade de reação depende da concentração do haleto de alquila e do nucleófilo
(segunda ordem). 
2. A velocidade de reação depende da reatividade do nucleófilo (nucleofilicidade). 
3. A velocidade de reação com certo nucleófilo diminui com o aumento do tamanho substrato.
4. A velocidade de reação depende da qualidade do grupo de partida.
5. A configuração do produto de substituição é invertida, comparada com a configuração do 
substrato quiral, utilizado como reagente.
Mecanismo de reação de substituição 
Com relação à reação abaixo, é incorreto afirmar que:
a) Iodeto desloca o brometo ligado ao carbono.
b) O bromo desloca o iodeto.
c) O iodeto de sódio é solúvel em acetona.
d) O brometo de sódio é insolúvel em acetona.
e) Trata-se de uma reação de substituição nucleofílica.
Interatividade
Fonte: http://coral.ufsm.br/quimica_organica/images/SubstNuGeral.pdf
Resposta
a) Iodeto desloca o brometo ligado ao carbono.
b) O bromo desloca o iodeto.
c) O iodeto de sódio é solúvel em acetona.
d) O brometo de sódio é insolúvel em acetona.
e) Trata-se de uma reação de substituição nucleofílica.
Fonte: http://coral.ufsm.br/quimica_organica/images/SubstNuGeral.pdf
ATÉ A PRÓXIMA!