Universo da Química: QUÍMICA - ORGÂNICA

As reações de substituição são aquelas onde um átomo ou um grupo de átomos de uma molécula orgânica é substituído por outro átomo ou grupo de átomos.
As principais reações de substituição são:

I - halogenação
II - nitração
III – sulfonação

I - Halogenação

Nestas reações, os halogênios como cloro (Cl) e o Bromo (Br) são muito utilizados. Já reações com flúor (F) são muito perigosas devida à alta reatividade e com iodo (I) as reações são muito lentas. Estes halogênios substituirão o hidrogênio nos hidrocarbonetos

Os alcanos podem ser transformados em haletos de alquila.

Exemplo 1: cloração do metano.

MECANISMO

O H da molécula de metano é substituído pelo Cl, originando o Cloro metano ou ou Coreto de metila.

Exemplo 2: Bromação do propano

MECANISMO

O H da molécula de propano é substituído pelo Br, originando o 1 -Bromo propano ou 2 - Bromo propano.

Obs: o halogênio (Bromo) pode substituir qualquer hidrogênio da estrutura.

A partir do metano, realizando sucessivas halogenações (excesso de halogênios) catalisadas por luz e calor, podemos obter:

CH₄ → CH₃Cl → CH₂Cl₂ → CHCl₃ → CCl₄
metano clorometano diclorometano triclorometano tetracloreto de carbono

Esta reação pode ser chamada de Reação em Cadeia.

O clorofórmio (CCl₄) era muito utilizado como anestésico em cirurgias. Atualmente aboliu-se seu uso por ser muito tóxico e perigoso para a saúde. Pode causar sérios danos ao fígado.

A ordem de facilidade com que o hidrogênio “sai” do hidrocarboneto é:

Exemplo 3: Cloração do Tolueno

Repare que um dos átomos de hidrogênio presentes no anel benzeno foi substituído por um átomo de Cloro, este pode ocupar tanto a posição orto como a para, daí os produtos: o-clorobenzeno ou p-clorobenzeno.

II - Nitração

É aquela onde um hidrocarboneto reage com o ácido nítroco (HNO₃).

Exemplo 1:

Observe que o NO₂, entra no carbono secundário, e o H que sai do alcano, junta-se ao HO do ácido formando água.

Exemplo 2:

Quando o alcano possui mais de dois carbonos, forma-se uma mistura de compostos diferentes substituídos. Aí vale a ordem de facilidade com que o hidrogênio “sai” do hidrocarboneto

Nitração do Benzeno ocorre com uma mistura de ácido nítrico e ácido sulfúrico concentrados, e o eletrófilo para a reação é o íon nitrônio (NO²⁺)

MECANISMO DA NITRAÇÃO

1º Passo:

2º Passo:

3º Passo:

4º Passo:

A natureza de grupos presentes no anel aromático afeta tanto a reatividade quanto a orientação da futura substituição do H.

Grupos ativantes tornam o anel aromático mais reativo do que benzeno.

Todos os grupos ativantes são também orto-para dirigentes

E direcionam a futura substituição para as posições orto e para.

Grupos desativantes tornam o anel aromático menos reativo do que benzeno.

Eles direcionam a futura substituição para a posição meta.

Grupos fortemente retiradores de elétrons tais como nitro, carboxila, e sulfonato são desativadores e dirigentes meta.

Exemplo 1:

Exemplo 2:

Exemplo 3:

Nesses casos o a substituição irá depender do grupo funcional ligado ao núcleo aromático.

III - Sulfonação

A reação de sulfonação é aquela onde reagimos um hidrocarboneto com ácido sulfúrico (H₂SO₄). A fórmula estrutural do ácido sulfúrico é:

Essa reação ocorre normalmente em alcanos e em compostos aromáticos.

Nos alcanos, a reação ocorre a quente e somente os que possuem mais de 6 carbonos é que reagem com o ácido, se tiver menos carbonos, o peso do alcano será baixo e ocorrerá uma oxidação violenta, destruindo-o.

Exemplo 1: Sulfonação do etano