Quí. Xandão. Monitora: Thamiris Gouvêa

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1 Quí. Professor: Allan Rodrigues Xandão Monitora: Thamiris Gouvêa

2 Reação orgânica: reação de substituição, transesterificação, saponificação, processo de Kolbe, sintese de Wurtz e Willamson 03 out RESUMO 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. I. Halogenação Ocorre com adição de HALOGÊNIOS (Cl 2 ou Br 2, uma vez que o F 2 é reativo demais, sendo até explosivo, e o I 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 ( ) 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:

3 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. II. Nitração Ocorre com adição de ÁCIDO NÍTRICO concentrado (HNO 3 ) aos alcanos; O hidrogênio é substituído pelo grupo -NO 2 do ácido; Utiliza ÁCIDO SULFÚRICO (H 2 SO 4 ) E CALOR ( ) como catalisadores; Em um alcano, os produtos formados são um NITROALCANO e uma ÁGUA.

4 III. Sulfonação Ocorre com adição de ÁCIDO SULFÚRICO concentrado (H 2 SO 4 ) aos alcanos; O hidrogênio é substituído pelo grupo SO 3 H do ácido; Utiliza ANIDRIDO SULFÚRICO (SO 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 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. IV. 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. V. Transesterificação Ocorre entre um ÁLCOOL e um ÉSTER; Há a reação do radical do álcool com o carboxilato do éster; Utiliza ácido ou base forte como catalisador; Os produtos formados são um outro ÁLCOOL e um outro ÉSTER. VI. Síntese de Wurtz Ocorre entre HALETOS ORGÂNICOS e o SÓDIO METÁLICO; Há a reação entre os halogênios e o sódio metálico e a união dos dois radicais orgânicos; Utiliza um éter como catalisador;

5 Os produtos formados são HIDROCARBONETO e HALETO DE SÓDIO. VII. Processo de Kolbe Ocorre com a eletrólise de 2 mol de ÁCIDO CARBOXÍLICO; Há a reação dos radicais dos ácidos carboxílicos e a oxidação das carboxilas a gás carbônico; Utiliza corrente elétrica, base forte (KOH) e metanol como catalisadores; Os produtos formados são HIDROCARBONETO e 2 mol de CO 2. R 1 COO + R 2 COO 1-R CO 2 VIII. Síntese de Willamson Ocorre entre HALETOS ORGÂNICOS e ALCÓXIDOS DE SÓDIO (R Há a reação do halogênio do haleto com o sódio do alcóxido; Utiliza geralmente compostos básicos como catalisadores; Os produtos formados são um ÉTER e o CLORETO DE SÓDIO. ONa); R1 Cl + R2 R2 O R1 + NaCl IX. Saponificação Ocorre entre um ÉSTER (derivado de ácido graxo, isto é, de cadeia carbônica muito longa) e o HIDRÓXIDO DE SÓDIO ou de POTÁSSIO; Há a reação do sódio do hidróxido com o carboxilato do éster e da hidroxila do hidróxido com o radical ligado ao carboxilato; Utiliza meio aquoso; Os produtos formados são um SAL SÓDICO/POTÁSSICO DE ÁCIDO CARBOXÍLICO e um ÁLCOOL. X. EXERCÍCIOS DE AULA 1. Os haletos orgânicos têm estado atualmente em evidência, devido aos problemas ambientais causados pelo uso indiscriminado de certas substâncias pertencentes a essa classe de compostos orgânicos. A partir da reação de monocloração do 2,4-dimetil-pentano, podem-se obter diferentes produtos halogenados. Quantos produtos monoclorados podem ser obtidos a partir dessa reação? a) 5 b) 3

6 c) 4 d) 2 e) 6 2. A reação do propano com cloro gasoso, em presença de luz, produz dois compostos monoclorados. Na reação do cloro gasoso com 2,2-dimetilbutano, em presença de luz, o número de compostos monoclorados que podem ser formados e que não possuem, em sua molécula, carbono assimétrico é: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 3. Assinale a alternativa em que os compostos sofrem exclusivamente reações de substituição. a) ciclopentano e ciclohexano b) ciclopropano e ciclobutano c) ciclopentano e ciclobutano d) ciclohexano e ciclobutano e) cicloheptano e ciclohexano 4. ntra na natureza, normalmente em reservatórios profundos no subsolo, associado ou não ao petróleo. Assim como o petróleo, ele resulta da degradação da matéria orgânica, fósseis de animais e plantas pré-históricas, sendo retirado da terra através de perfurações. Inodoro, incolor e de queima mais limpa que os demais combustíveis, o Gás Natural é resultado da combinação de hidrocarbonetos gasosos, nas condições normais atmosféricas de pressão e O nome do composto resultante da trinitração do gás natural, é: a) amina terciária b) 1,1,1-triaminometano c) 1-trinitrometano d) metanoato de trinitrogênio e) trinitrometano 5. Os detergentes mais comuns possuem em sua composição um sais de ácido sulfônico. Para a produção desse tipo de detergente, são utilizados um ácido sulfônico e uma base inorgânica, como na reação abaixo: O nome do substrato que deu origem ao ácido sulfônico reagente acima é: a) metil-undecano b) dodecano c) undecanoato de metila d) 11-metil-etano e) Dodecanol

7 6. A reação catalisada do triacilglicerol com um álcool (metanol ou etanol) produz glicerol (1,2,3- propanotriol) e uma mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos de cadeia longa, mais conhecido como biodiesel. Essa reação de transesterificação envolve o equilíbrio representado pela seguinte equação química balanceada: A respeito da produção do biodiesel pelo processo de transesterificação, três estudantes fazem as seguintes afirmações: Alberto: O hidróxido de sódio é dissolvido completamente e reage com o agente transesterificante para produzir água e o íon alcóxido. Beatriz: Na transesterificação catalisada por álcali, os reagentes empregados nesse processo devem ser substancialmente anidros para prevenir a formação de sabões. Caroline: Na reação de produção do biodiesel pela rota etílica, com catalisador alcalino, o alcóxido formado inibe a reação de saponificação. O/a(s) estudante(s) correto/a(s) é(são): a) Alberto e Beatriz. b) Alberto e Caroline. c) Beatriz. d) Beatriz e Caroline. e) Caroline. 7. Hidrocarbonetos podem ser obtidos em laboratório por descarboxilação oxidativa anódica, processo conhecido como eletrossíntese de Kolbe. Essa reação é utilizada na síntese de hidrocarbonetos diversos, a partir de óleos vegetais, os quais podem ser empregados como fontes alternativas de energia, em substituição aos hidrocarbonetos fósseis. O esquema ilustra simplificadamente esse processo. Com base nesse processo, o hidrocarboneto produzido na eletrólise do ácido 3,3-dimetil-butanoico é o a) 2,2,7,7-tetrametil-octano. b) 3,3,4,4-tetrametil-hexano. c) 2,2,5,5-tetrametil-hexano. d) 3,3,6,6-tetrametil-octano. e) 2,2,4,4-tetrametil-hexano.

8 8. A reação de Williamson foi desenvolvida por Alexander Williamson em meados do século XIX. Tipicamente, ela envolve a reação de um íon alcóxido com uma haleto de alquila e é importante na história da química orgânica, porque ajuda a provar a estrutura de éteres. A síntese do metóxi-etano, segundo o método Willamson, deve empregar como reagentes, a) Metanol e etanol. b) Ácido metanoico e etanol. c) Etóxido de sódio e clorometano. d) Metóxido de cloro e sodioetano. e) Etóxido de cloro e metano sódico. 9. O benzoato de metila foi aquecido em meio aquoso básico, conforme representado abaixo. Assinale a alternativa que apresenta os produtos encontrados em maior concentração no meio reacional após completada a reação. EXERCÍCIOS DE CASA 1. A reação abaixo foi realizada na presença de luz: (CH 3 ) 2 CHCH 3 + Br 2 Seus principais produtos são: a) (CH 3 ) 2 CHCH 2 Br + HBr b) (CH 3 ) 2 CHCHBr + H 2 c) (CH 3 ) (CH 2 Br) CHCH 3 + HBr d) (CH 3 ) 2 CBrCH 3 + HBr e) (CH 2 Br) 2 CHCH 3 + H 2

9 2. A monocloração do 2-metilpentano pode fornecer vários compostos, em proporções diferentes. Dos compostos monoclorados, quantos apresentarão carbono quiral ou assimétrico? a) 4 b) 5 c) 1 d) 2 e) 3 3. No 3-metil-pentano, cuja estrutura está representada a seguir: o hidrogênio mais facilmente substituível por halogênio está situado no carbono de número: a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) Considere a reação de substituição do butano: O nome do composto X é: a) cloreto de hidrogênio. b) 1-cloro-butano. c) 2-cloro-butano. d) 1, 1-dicloro-butano. e) 2, 2-dicloro-butano. 5. Pretende-se fazer a cloração do propano (C 3 H 8 ). Qual o produto obtido (haleto) em maior quantidade? a) cloreto de n-propila; b) cloreto de isopropila; c) a reação ocorre, mas não se obtém haleto; d) 1-cloropropano; e) a reação não ocorre. 6. O(s) produto(s) orgânico(s) principal(is) de uma reação de propano com 2 mols de ácido nítrico tem(têm) por nome(s): a) 2,2-dinitropropano b) 1,2-dinitropropano c) 1,1-dinitropropano d) 2-nitropropano e 1-nitropropano e) nitrometano e nitroetano

10 7. Os ácidos sulfônicos reagem com base da mesma forma que os ácidos de Arhrenius, produzindo um sal e água. A reação entre o ácido pentanossulfônico e o hidróxido de cálcio produzirá um sal orgânico cuja fórmula molecular é? a) C 5 H 11 SO 3 Ca b) C 10 H 22 S 2 O 6 Ca 5 c) C 10 H 22 S 2 O 6 Ca d) C 10 H 22 SO 3 Ca 2 e) C 10 H 22 SO 3 Ca 8. Apesar de conhecido há muito tempo, somente neste século foi elucidado o modo como o sabão atua na remoção de gordura. O sabão é formado por moléculas com uma longa cadeia apolar (lipofílica) e uma extremidade iônica (hidrofílica). Desse modo, temos uma molécula anfifílica, ou seja, uma molécula que apresenta afinidade com gorduras e com a água, permitindo que a água com sabão remova a gordura. Foram promovidas quatro reações, na ordem ilustrada. As reações que apresentam como produto uma molécula anfifílica são: a) A primeira e a terceira. b) A primeira e a quarta. c) A segunda e a quarta. d) A primeira, a segunda e a quarta. e) A primeira, a segunda e a terceira. QUESTÃO CONTEXTO Tetracloreto de carbono ou tetraclorometano é um composto orgânico com a fórmula química CCl 4. É um reagente usado na química sintética e foi muito usado como agente extintor e como agente refrigerante. Quantos mols de Cl 2 são necessários para a produção de 1 mol de CCl 4 a partir de 1 mol de metano?

11 GABARITO Exercícios de aula 1. b 2. b 3. a 4. e 5. b 6. a 7. c 8. c 9. c Exercícios de casa 1. d 2. e 3. c 4. c 5. b 6. a 7. d 8. d Questão contexto São necessários 4 mols de gás cloro para a formação de 1 mol de CCl 4, segundo a reação de substituição: CH Cl HCl