Química Orgânica: Volume 1 (2ª Edição)

David Klein · Capítulo 133 de 302

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Química Orgânica: Volume 1 (2ª Edição)

7.3 Mecanismos Possíveis para Reações de Substituição

adoçante artificial de baixa caloria sob o nome comercial Splenda.

 

7.3 Mecanismos Possíveis para Reações de

Substituição

 

Lembre-se do Capítulo 6 que os mecanismos iônicos são formados por

apenas quatro tipos de padrões de setas curvas (Figura 7.3). Todas essas

quatro etapas serão utilizadas neste capítulo, de modo que talvez seja

interessante rever as Seções 6.7-6.10.

FIGURA 7.3

Os quatro padrões de setas curvas para processos iônicos.

 

Todas as reações de substituição mostram, pelo menos, dois dos quatro

padrões – ataque nucleofílico e perda de um grupo de saída:

 

Mas considere a ordem desses eventos. Será que eles ocorrem

simultaneamente (de forma concertada), como mostrado anteriormente, ou

eles ocorrem de forma gradual, como mostrado a seguir?

 

No mecanismo em múltiplas etapas (etapa a etapa ou gradual), o grupo de

saída sai gerando um carbocátion intermediário, que é então atacado pelo

nucleófilo. O nucleófilo não pode atacar antes que o grupo de saída tenha

saído, pois isso violaria a regra do octeto:

 

Portanto, existem dois mecanismos possíveis para uma reação de

substituição:

 

• Em um processo concertado, o ataque nucleofílico e a perda do

grupo de saída ocorrem simultaneamente.

 

• Em um processo em múltiplas etapas, a perda do grupo de partida

ocorre em primeiro lugar seguido pelo ataque nucleofílico.

Veremos que os dois mecanismos ocorrem, mas sob condições diferentes.

Vamos explorar cada mecanismo na próxima seção, mas vamos praticar

primeiro a representação de setas curvas para os dois mecanismos.

 

DESENVOLVENDO A APRENDIZAGEM

 

7.1 REPRESENTAÇÃO DE SETAS CURVAS PARA UMA REAÇÃO DE SUBSTITUIÇÃO

APRENDIZAGEM

A seguir são vistas duas reações de substituição. A evidência experimental sugere que a primeira

reação avança através de um processo concertado, enquanto a segunda reação avança através

de um processo em múltiplas etapas. Represente um mecanismo para cada reação:

 

SOLUÇÃO

 

(a) Primeiro identi camos o substrato, o grupo de saída e o nucleó lo. Neste caso, o substrato

é o brometo de butila, o grupo de saída é o brometo, e o nucleó lo é um íon hidróxido:

 

ETAPA 1

Identi cação do substrato, do grupo de saída e do nucleó lo.

Quando você vir NaOH, lembre-se de que o reagente é um íon hidróxido (HO−). O Na+ é o

contraíon, e o seu papel na reação não nos diz nada na maioria dos casos. Em um processo

concertado, o ataque nucleofílico e a perda de um grupo de saída ocorrem simultaneamente.

Este processo requer duas setas curvas – uma para mostrar o ataque nucleofílico e uma para

mostrar a perda do grupo de saída. Ao representar a primeira seta curva, colocamos a

extremidade nal da seta (a cauda) sobre um par de elétrons do nucleó lo e colocamos a ponta

da seta (a cabeça) no átomo de carbono ligado ao grupo de saída:

 

ETAPA 2

Representação de duas setas curvas mostrando o ataque nucleofílico e a perda do grupo de

saída.

 

ATENÇÃO

Seja muito preciso ao colocar a cabeça e a cauda de cada seta curva.

 

(b) Um processo em múltiplas etapas envolve duas etapas mecanísticas separadas: (1) perda

de um grupo de saída para formar um carbocátion intermediário, seguida pelo (2) ataque

nucleofílico. Para representar essas etapas temos de identi car o substrato, o grupo de

saída e o nucleó lo. Neste caso, o substrato é o brometo de terc-butila, o grupo de saída é

um íon brometo, e o nucleó lo é um íon cloreto:

 

ETAPA 1

Identi cação do substrato, do grupo de saída e do nucleó lo.

A primeira etapa do mecanismo requer uma seta curva que mostra a perda do grupo de saída. A

cauda desta seta curva é colocada sobre a ligação que é quebrada (a ligação C—Br); a cabeça

da seta é colocada sobre o átomo de bromo.

 

ETAPA 2

Representação de uma seta curva mostrando a perda do grupo de saída seguida pela

representação do carbocátion.

 

A segunda etapa do mecanismo requer uma seta curva mostrando o ataque nucleofílico em que

o carbocátion intermediário é capturado pelo nucleó lo (o cloreto):

 

ETAPA 3

Representação de uma seta curva mostrando um ataque nucleofílico.

 

A PROPÓSITO

Representação de todos os três grupos de um carbocátion terciário tão distantes um do

outro quanto possível:

 

O mecanismo completo pode, portanto, ser representado conforme se segue:

 

PRATICANDO

o que você aprendeu

 

7.2 Para cada uma das reações vistas a seguir, admita que um processo concertado está

ocorrendo e represente o mecanismo:

 

7.3 Para cada uma das reações vistas a seguir admita que um processo em múltiplas etapas

está ocorrendo e represente o mecanismo:

 

APLICANDO

o que você aprendeu

 

7.4 Quando um nucleó lo e um eletró lo estão presos um ao outro (isto é, os dois estão

presentes na mesma substância), uma reação de substituição intramolecular pode ocorrer

conforme mostrado a seguir. Admita que essa reação ocorre por meio de um processo

concertado e represente o mecanismo.