Mecanismos de reações orgânicas

Tipos de ruptura de ligações químicas

Qualquer transformação química começa com a destruição de ligações antigas nas moléculas dos reagentes. Na química orgânica, esse processo pode ocorrer através de um de dois mecanismos fundamentais:

1. Ruptura homolítica. Nesse cenário, o par de elétrons compartilhado que forma a ligação química é dividido estritamente ao meio entre os átomos. Como resultado, cada átomo fica exatamente com um elétron. Esse processo leva à formação de radicais livres — partículas altamente reativas com elétrons desemparelhados. Um radical pode ser tanto um átomo isolado quanto um fragmento molecular inteiro. As reações que seguem esse caminho são chamadas de radicais e são indicadas pelo símbolo R.

Esquema do processo: $C - X \rightarrow C(\cdot) + X(\cdot)$.

1. Ruptura heterolítica. Este mecanismo implica a divisão assimétrica dos elétrons. Um dos átomos leva todo o par de elétrons compartilhado consigo, enquanto o segundo fica com um orbital vazio.

Como resultado, formam-se duas partículas com propriedades diferentes:

• Nucleófilo (atua como base) — uma partícula que reteve o par de elétrons.
• Eletrófilo (atua como ácido) — uma partícula com um orbital vazio, desprovida de um par de elétrons.

Esquema do processo: $C - X \rightarrow C(:) + (orbital vazio)X$.

Características da quebra de ligações múltiplas

Em moléculas orgânicas que contêm ligações múltiplas (duplas ou triplas), a ruptura heterolítica tem suas próprias regularidades. A ligação $\pi$ é a que sofre tal cisão com mais facilidade.

Nesse caso, a estrutura simples principal da molécula, formada pela ligação $\sigma$, permanece inalterada. Isso leva à redistribuição da densidade eletrônica e à formação de centros carregados adjacentes, o que pode ser representado pelo esquema: $C=C \rightarrow C^+ - C^-$.

Reações eletrofílicas

Se, durante a interação, o átomo de carbono em uma molécula doa seu par de elétrons (geralmente de seu próprio sistema $\pi$) para o reagente de ataque e depois forma uma nova ligação com um átomo que possui um par de elétrons (preenchendo seu orbital livre $C^+$), a reação é chamada de eletrofílica. O reagente de ataque neste caso atua como um eletrófilo.

Dependendo do resultado final, existem dois tipos principais desses processos:

• $A_E$ — Adição eletrofílica (Addition Electrophilic).
• $S_E$ — Substituição eletrofílica (Substitution Electrophilic).

Reações nucleofílicas

O tipo oposto de interação ocorre quando o átomo de carbono perde seu par de elétrons original, mas aceita um novo par de elétrons de um reagente adequado. Tal reação é chamada de nucleofílica, e o próprio reagente é chamado de nucleófilo.

Por analogia com os processos eletrofílicos, as reações nucleofílicas são divididas em:

• $A_N$ — Adição nucleofílica (Addition Nucleophilic).
• $S_N$ — Substituição nucleofílica (Substitution Nucleophilic).

Energética e dinâmica dos processos

É importante entender que, na realidade, a ruptura heterolítica de uma ligação antiga e a formação de uma nova nem sempre ocorrem como etapas separadas e sequenciais.

Muito frequentemente, este é um processo único e concertado. O enfraquecimento e a ruptura gradual da ligação inicial ocorrem simultaneamente com a formação de uma nova. A principal vantagem energética desse mecanismo é que a energia de ativação de um processo concertado é significativamente menor do que a de uma reação em etapas com a formação de íons livres intermediários.

Resumo: perguntas e respostas sobre o tema

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Mecanismos de adição eletrofílica ($A_E$)
• Características da substituição eletrofílica ($S_E$)
• Reações de adição nucleofílica ($A_N$)
• Mecanismos de substituição nucleofílica ($S_N$)
• Propriedades e estabilidade dos radicais livres (R)

Outros tópicos da seção «Capítulo 14. Fundamentos teóricos da química orgânica»

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