Tipos de Reações de Substituição
Uma reação de substituição é exatamente o que nome diz: uma parte da molécula sai e outra parte entra no seu lugar.
É que nem substituição em futebol mesmo.
Imagina que você tem um átomo ou grupo ligado a uma cadeia carbônica e decide trocar esse grupo por outro.
A parte que sai a gente chama de grupo de saída e a parte que entra é o grupo de entrada.
Veja o exemplo abaixo, em que um Cl substitui um H na molécula de benzeno:
1. Substrato, Nucleófilo, Eletrófilo e Radical
Antes de ver os tipos, a gente precisa entender quatro personagens que sempre aparecem nas reações de substituição.
Já falamos sobre isso nos primeiros capítulos, mas vamos reforçar:
Substrato
É a molécula principal que vai sofrer a reação (como o benzeno no exemplo acima).
Nucleófilo
É uma espécie química que gosta de cargas positivas, formada por cisão heterolítica.
Ou seja, ele tem excesso de elétrons e quer se encontrar com cargas positivas para formar novas ligações (ou com moléculas com falta de elétrons).
Portanto, não confunda, o nucleófilo não tem carga positiva, ele procura cargas positivas, porque ele é negativo (ou simplesmente tem elétrons livres).
Eletrófilo
É tudo ao contrário do nucleófilo. É uma espécie química que gosta de cargas negativas, formada por cisão heterolítica.
Ou seja, ele tem deficiência de elétrons e quer encontrar pares de elétrons livres para formar novas ligações.
Portanto, o eletrófilo na verdade tem carga positiva e procura cargas negativas.
Radical
Um radical é uma espécie química que tem um elétron desemparelhado, que deveria estar ligado com alguém, mas não está.
Ele é formado por uma cisão homolítica e é justamente esse elétron que deveria estar ligado (mas não está) que torna um radical extremamente reativo.
Ele não quer ficar assim, ele quer urgentemente achar outro elétron, outro radical, para completar sua ligação e se estabilizar.
Agora que lembramos o que cada uma dessas coisas são, vamos ver os 3 tipos de reações de substituição que você precisa conhecer.
2. Os 3 Tipos de Reações de Substituição
Substituição Nucleofílica
Acontece quando um nucleófilo (OH⁻, CN⁻, NH₂ etc.) ataca um substrato que possui um grupo de saída (como haletos orgânicos ou álcoois ativados).
Esse é o tipo mais comum de substituição e vai ser tema de vários dos próximos capítulos.
Substituição Eletrofílica
Acontece quando um eletrófilo (como NO₂⁺, Br⁺, SO₃ etc.) ataca um substrato.
Ocorre principalmente em compostos aromáticos, substituindo um dos hidrogênios do ciclo.
Substituição Radicalar
Acontece quando um radical ataca um substrato.
Acontece em alcanos, normalmente com halogênios (como o Cl₂), na presença de luz ou calor ou peróxido.
Essa reação passa por a formação de radicais livres, por isso o nome radicalar.
Se você parar para pensar, é muito fácil confundir o tipo de reação. Veja bem:
Se o OH⁻ tem excesso de elétrons, ele quer se ligar com uma molécula com falta de elétrons.
O OH⁻, por ter excesso, é um nucleófilo. Já o substrato que ele vai atacar, por ter falta de elétrons (e querer se ligar com quem tem excesso), é um eletrófilo.
Então, se você tem dois reagentes, um é eletrófilo e o outro é nucleófilo, qual deles que define o tipo de reação?
Para que você não confunda isso mais, tatue na alma: quem ataca é quem define o tipo de reação.
Se um eletrófilo ataca o benzeno, é uma substituição eletrofílica, por mais que o substrato benzeno seja um nucleófilo.
Da mesma forma, se um radical ataca um alcano, é uma substituição radicalar.
Ficou claro isso?
3. Principais Nucleófilos, Eletrófilos e Radicais
Lógico que, para cada reação, existem as condições e os meios adequados para que elas aconteçam.
Mas, nesse capítulo de introdução, não é nosso objetivo definir isso. Veremos isso nos capítulos específicos.
Vamos apenas definir agora, antes de finalizar, os principais nucleófilos, eletrófilos e radicais das reações.
Principais Nucleófilos
Para ser nucleófilo, ou tem carga negativa ou tem par de elétron livre, certo?
Quais os principais nucleófilos que temos então?
OH⁻ → hidroxila (água, álcoois)
CN⁻ → cianeto
Br⁻, Cl⁻, I⁻ → haletos
S²⁻, HS⁻ → derivados de enxofre
H₂O → água
NH₃ → amônia
Não dá para confundir, olhe quem tem par de elétrons sobrando. Isso é típico de bases de Lewis, típico de nucleófilo.
Principais Eletrófilos
Carga positiva, sem segredo.
H⁺
NO₂⁺ (vindo do HNO₃ OH⁻-NO₂⁺)
R⁺ (carbocátions)
Br₂, Cl₂ (em presença de catalisador)
AlCl₃, BF₃ (ácidos de Lewis, muito comuns em aromáticos)
Principais Radicais
Cl·, Br·, F· → surgem quando halogênios (Cl₂, Br₂) se quebram com luz (ex: Cl₂ → 2 Cl·)
CH₃·, C₂H₅· , radicais alquila em geral→ surgem quando o radical halogênio arranca um H de um alcano
Percebeu que existem situações que uma mesma molécula pode funcionar como qualquer um dos três, como o Cl₂?
Alguns são óbvios de saber, mas com alguns, você só será capaz de responder o tipo de reação olhando para o substrato e para o meio da reação.
Agora que entendemos o básico, os próximos capítulos sempre serão para definir substratos e meios principais.
Tenha fé, é difícil e reações de substituição são, de fato, as mais difíceis. Mas está acabando!
