Reação de substituição (alcanos, ácidos carboxílicos) em Química

Reações de Substituição

Falando de uma forma genérica, as reações de substituição são aquelas em que SUBSTITUÍMOS um hidrogênio de um composto orgânico por algum grupo de outro reagente, que em alguns casos será inorgânico e em outros casos, orgânico.
Isso ocorre quando colocamos o substrato (composto orgânico que terá um de seus H substituído) em contato com o reagente, em presença ou não de catalisador (a depender dos reagentes utilizados), e resulta em 2 outros compostos, funcionando de maneira análoga às reações de DUPLA-TROCA ou DESLOCAMENTO, que aprendemos na química inorgânica.
Veja o caso geral abaixo, em que o substrato é o metano e o reagente é um composto hipotético XY:

Obs.: As reações de substituição nos hidrocarbonetos são típicas de hidrocarbonetos saturados (alcanos e ciclanos), mas também pode ocorrer no benzeno. Neste material, no entanto, não abordaremos estes aromáticos ainda.

Halogenação

• Ocorre com adição de HALOGÊNIOS (Cl_2​2​​ ou Br_2​2​​, uma vez que o F_2​2​​ é reativo demais, sendo até explosivo, e o I_2​2​​ tem reação lenta demais) aos alcanos e ciclanos;
• O hidrogênio é substituído por um dos átomos do halogênio molecular;
• Utiliza LUZ (λ) E CALOR (Δ) como catalisadores;
• Em alcano, os produtos formados são um HALETO DE ALQUILA e um HIDRÁCIDO HALOGENADO;

Importante à beça:

Ao fazermos a cloração do metilbutano, encontram-se os seguintes produtos com suas proporções:

Como 90% dos produtos formados foram com substituição em hidrogênio terciário, 9% em hidrogênio secundário e 1% em hidrogênio primário, conclui-se que a ORDEM DE REATIVIDADE DO HIDROGÊNIO é a seguinte:

H terciário > H secundário > H primário

Sendo assim, o PRODUTO PRINCIPAL de uma substituição em alcano será aquele em que o grupo substituinte se ligou ao CARBONO MENOS HIDROGENADO.

• Em cicloalcano, os produtos formados são um HALETO DE CICLOALQUILA e um HIDRÁCIDO HALOGENADO;

Obs.:
a. Lembrando que caso o catalisador, em vez de luz e calor, fosse um ácido de Lewis, a reação seria a de adição, e não substituição, como já vimos;
b. No ciclopropano, não ocorre a reação de substituição, mesmo em presença de luz e calor;
c. No ciclopentano e no ciclohexano, não ocorre reação de adição, mesmo em presença de ácido de Lewis, devido à pouca tensão em seus aneis.

Nitração

• Ocorre com adição de ÁCIDO NÍTRICO concentrado (HNO_3​3​​) aos alcanos;
• O hidrogênio é substituído pelo grupo -NO_2​2​​ do ácido;
• Utiliza ÁCIDO SULFÚRICO (H_2​2​​SO_4​4​​) E CALOR (Δ) como catalisadores;
• Em um alcano, os produtos formados são um NITROALCANO e uma ÁGUA.

Sulfonação

• Ocorre com adição de ÁCIDO SULFÚRICO concentrado (H_2​2​​SO_4​4​​) aos alcanos;
• O hidrogênio é substituído pelo grupo –SO_3​3​​H do ácido;
• Utiliza ANIDRIDO SULFÚRICO (SO_3​3​​) como catalisador;
• Em um alcano, os produtos formados são um ÁCIDO SULFÔNICO e uma ÁGUA.

Obs.: Existem sais derivados de ácido sulfônico, obtidos pela substituição do H do –SO_3​3​​H por cátions metálicos, através de reações de neutralização. O detergente, por exemplo, é composto por um sal de ácido sulfônico, enquanto que o sabão é um sal de ácido carboxílico.

Esterificação

• Ocorre entre um ÁLCOOL e um ÁCIDO CARBOXÍLICO;
• Há a reação de OH da carboxila de ácido com H da hidroxila de álcool;
• Os produtos formados são um ÉSTER e uma ÁGUA.

Formação do triglicerídeo

A ideia é a mesma da esterificação. Reação entre o ácido carboxílico e o álcool, formando um éster. No caso do triglicerídeo, é um triéster.

Formação do γ-lactona

Temos també uma esterificação. Porém essa esterificação seria intramolecular, o grupamento do ácido carboxílico e hidroxila do álcool, estão na mesma molécula. Logo, a água irá sair da mesma molécula. Ou causa a formação de um ciclo.

Síntese de amida a partir de ácido carboxílico

O ácido carboxílico pode reagir com uma amina e dar origem ao produto da função orgânica amida.

Nessa reação a hidroxila do ácido carboxílico sai junto de um hidrogênio da amônia, formando água. E o nitrogênio da amina entra no ácido carboxílico ligando no carbono que perdeu a hidroxila.