Química Orgânica: Volume 1 (2ª Edição)

David Klein · Capítulo 124 de 302

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Química Orgânica: Volume 1 (2ª Edição)

6.12 Setas de Reações Reversível e Irreversível

6.19 Ocasionalmente, rearranjos de carbocátions podem ser realizados através da migração de

um átomo de carbono diferente de um grupo metila, tal como ocorre neste problema.

Identi que o grupo que está migrando e represente a seta curva que mostra a migração:

 

é necessário PRATICAR MAIS? Tente Resolver o Problema 6.48

 

6.12 Setas de Reações Reversível e

Irreversível

 

À medida que explorarmos mecanismos de reações iônicas nos próximos

capítulos, você vai observar que algumas etapas serão representadas com

setas de reação reversível (setas de equilíbrio), enquanto outras etapas serão

representadas com setas de reação irreversível, por exemplo:

 

Em cada novo mecanismo que vamos explorar, você pode se perguntar

como determinar se é mais apropriado usar uma seta de reação reversível ou

uma seta de reação irreversível. Nesta seção, vamos explorar algumas

regras gerais para cada um dos quatro padrões (ataque nucleofílico, perda

de um grupo de saída, transferência de próton, e rearranjo de carbocátion).

 

Ataque Nucleofílico Para uma etapa em que um nucleófilo ataca um eletrófilo, uma seta de

reação reversível é geralmente utilizada quando o nucleófilo é capaz de se

comportar como um bom grupo de saída, após ocorrer o ataque, enquanto

uma seta de reação irreversível é utilizada se o nucleófilo não for um bom

grupo de saída. Para ilustrar este conceito, considere os dois exemplos

vistos a seguir:

 

No primeiro caso, o nucleófilo (água) pode se comportar como um bom

grupo de saída depois de ele ter efetuado o ataque. Portanto, uma seta de

reação reversível foi usada para indicar que o processo inverso, na reação

vista a seguir, ocorre com uma velocidade apreciável:

 

Ao contrário, o segundo exemplo utiliza um nucleófilo que não é um bom

grupo de saída. Consequentemente foi utilizada uma seta de reação

irreversível para indicar que o processo inverso, na reação vista a seguir,

não ocorre:

Na Seção 7.8, vamos aprender a distinguir entre os bons grupos de saída e

os maus grupos de saída. Especificamente, vamos ver que as bases fracas

(como a H 2O) são bons grupos de saída, enquanto as bases fortes (como o

H C–) são maus grupos de saída. 3

 

Perda de um Grupo de Saída

Para uma etapa que envolve a perda de um grupo de saída, utiliza-se

geralmente uma seta de reação reversível quando o grupo de saída é capaz

de se comportar como um bom nucleófilo, por exemplo:

 

A maioria dos grupos de saída que encontraremos neste livro também pode

se comportar como nucleófilos; portanto, a perda de um grupo de saída

raramente é representada com uma seta de reação irreversível.

 

Transferência de Próton

Deve-se notar que todas as etapas de transferência de próton são

teoricamente reversíveis. Entretanto, há muitos casos que podem ser

tratados de forma eficaz como irreversíveis. Por exemplo, considere o

seguinte exemplo, em que a água é desprotonada por uma base muito forte:

 

Neste caso, a diferença entre os valores de pKa dos dois ácidos (água e

butano) é de aproximadamente 34. Isso indica que devem existir 1034 moléculas de butano para cada molécula de água. Em uma solução

contendo um mol (~1023 moléculas), as possibilidades são extremamente

pequenas que mesmo uma única molécula de butano será desprotonada por

um íon hidróxido em determinado instante no tempo. Dessa forma, o

processo anterior é efetivamente irreversível.

Agora, considere uma etapa de transferência de próton, em que os

valores de pKa são mais parecidos, por exemplo:

 

Neste caso, uma seta de reação reversível é mais adequada, porque um

equilíbrio em que ambos os ácidos estão presentes é estabelecido (a

substância com o pK mais elevado é favorecida, mas ambas estão presentes a

em quantidades significativas). Isso levanta a questão: Qual é o valor

crítico? Isto é, qual deve ser a diferença entre os valores de pKa que

justifique o uso de uma seta de reação irreversível. Infelizmente, não há

uma resposta clara para essa questão, uma vez que ela frequentemente

depende do contexto da discussão. De modo geral, as setas de reações

irreversíves são utilizadas para as reações em que os ácidos diferem em

força de mais de 10 unidades de pK , como pode ser visto no seguinte a

exemplo:

 

Quando a diferença entre os valores de pK situa-se entre 5 e 10 unidades de a

pKa, setas de reação reversível ou irreversível podem ser usadas,

dependendo do contexto da discussão.

Rearranjo de Carbocátion

Teoricamente falando, sempre que um rearranjo de carbocátion pode

ocorrer, um equilíbrio será estabelecido em que todos os possíveis

carbocátions estão presentes, com o carbocátion mais estável dominando o

equilíbrio. A diferença de energia entre os possíveis carbocátions (por

exemplo, secundário versus terciário) é muitas vezes significativa, e assim

rearranjos de carbocátions geralmente serão representados como processos

irreversíveis:

 

O processo inverso (a transformação de um carbocátion terciário em um

carbocátion secundário) é efetivamente desprezível.

Nesta seção, temos visto muitas regras para determinar quando é

apropriado representar uma seta de reação reversível e quando é apropriado

desenhar uma seta de reação irreversível. Essas regras destinam-se a servir

como uma orientação geral, e certamente haverá exceções. Tenha em mente

que existem outros fatores relevantes que não foram apresentados nesta

seção, de modo que a estrita observância das normas desta seção não é

aconselhável. Por exemplo, quando uma etapa envolve a liberação de um

gás, que é livre para escapar do vaso de reação, a reação deverá prosseguir

até estar completa (princípio de Le Châtelier). Para ilustrar esse conceito,

considere a seguinte etapa, que vamos encontrar no Capítulo 20

(Mecanismo 20.8, do Volume 2):