Reações de substituição

Reações de substituição são processos químicos em que uma substância orgânica é colocada em um mesmo meio (recipiente) que uma substância inorgânica, tendo como resultado a formação de substâncias diferentes, uma inorgânica e as outras orgânicas (dependendo da quantidade de carbonos no reagente).

Entre as substâncias orgânicas utilizadas nas reações de substituição estão alcanos, benzenos e haletos orgânicos, enquanto que as substâncias inorgânicas mais utilizadas são ácido sulfúrico (H₂SO₄), ácido nítrico (HNO₃) e substâncias simples halogenadas (flúor-F₂, cloro-Cl₂, bromo-Br₂ ou iodo-I₂).

Veja também: substâncias simples e compostas

Existem algumas reações de substituição em que ambos reagentes são orgânicos. Nesses casos, geralmente, utiliza-se um haleto orgânico (radical ligado a um halogêneo) ou um cloreto de ácido (substância que apresenta um halogêneo ligado a uma carbonila – carbono que realiza uma ligação dupla com oxigênio) como segundo reagente.

Veja também: Tipos de reações orgânicas

O princípio básico da reação de substituição é a troca mútua de um componente entre os reagentes. Essa troca envolve as seguintes etapas:

• 1ª – Quebra da ligação existente entre halogêneos, entre nitrogênio e hidroxila (no HNO₃), entre oxigênio e hidroxila (no H₂SO₄), entre carbono e halogêneo (no haleto orgânico), entre hidrogênio e hidroxila (no H₂O).

• 2^o – Quebra da ligação entre carbono e hidrogênio (no alcano ou no benzeno).

• 3^o – Formação de novas ligações entre átomos ou grupos que foram inicialmente separados.

A equação abaixo exemplifica uma reação de substituição:

Equação química que representa uma reação de substituição

É possível observar na equação acima que há o rompimento da ligação entre o carbono e um hidrogênio, bem como da ligação entre os halogêneos. Em seguida, um halogêneo liga-se ao carbono, enquanto o hidrogênio liga-se com o outro halogêneo.

Tópicos deste artigo

• 1 - 1- Reações de substituição em alcanos
• 2 - 1.1- Halogenação
• 3 - 1.2- Nitração
• 4 - 1.3- Sulfonação
• 5 - 2- Reações de substituição no benzeno
• 6 - 2.1- Halogenação
• 7 - 2.2- Sulfonação
• 8 - 2.3- Nitração
• 9 - 2.4- Alquilação
• 10 - 2.5- Acilação
• 11 - 3- Reações de substituição em haletos orgânicos

1- Reações de substituição em alcanos

1.1- Halogenação

Reação de substituição em que um alcano (R-CH₃) reage com uma substância simples halogenada (Cl₂), formando haleto orgânico (R-CH₂-Cl) e hidrácido halogenado (HCl), ácido que apresenta hidrogênio ligado a um átomo de halogêneo). A formação desses produtos ocorre em decorrência da saída de um hidrogênio do alcano e de um átomo de halogêneo da substância simples halogenada.

Equação representando a halogenação de um alcano qualquer

O hidrogênio interage com o átomo de halogêneo, formando um hidrácido halogenado. O outro átomo de halogêneo que restou da substância halogenada liga-se ao alcano, formando um haleto orgânico.

Obs.: Essa reação deve acontecer na presença de luz.

1.2- Nitração

Reação de substituição em que um alcano (R-CH₃) reage com HNO₃ (ou HO-NO₂), formando nitrocomposto (R-CH₂-NO₂) e água (H-OH). A formação desses produtos ocorre em decorrência da saída de um hidrogênio do alcano e de um grupo hidroxila (OH) do ácido nítrico.

Equação representando a nitração de um alcano qualquer

O hidrogênio interage com a hidroxila, formando água, enquanto o grupo nitro (NO₂) restante do ácido liga-se ao alcano formando um nitrocomposto.

1.3- Sulfonação

Reação de substituição em que um alcano (R-CH₃) reage com H₂SO₄(ou HO-SO₃H), formando ácido sulfônico (R-CH₂-SO₃H) e água (H-OH). A formação desses produtos ocorre em decorrência da saída de um hidrogênio do alcano e de um grupo hidroxila (OH) do ácido sulfúrico.

Equação representando a sulfonação de um alcano qualquer

O hidrogênio interage com a hidroxila, formando água, enquanto o grupo SO₃H restante do ácido liga-se ao alcano formando o ácido sulfônico.

2- Reações de substituição no benzeno

2.1- Halogenação

Reação de substituição em que um benzeno (C₆H₆) reage com uma substância simples halogenada (Cl₂), formando um haleto orgânico aromático (C₆H₆Cl) e um hidrácido halogenado (HCl). A formação desses produtos ocorre em decorrência da saída de um hidrogênio do benzeno e de um átomo de halogêneo da substância simples halogenada.

Equação representando a halogenação do benzeno

O hidrogênio interage com o átomo de halogêneo, formando hidrácido halogenado, enquanto outro átomo de halogêneo restante da substância halogenada liga-se ao benzeno, formando o haleto orgânico aromático.

Obs.: Essa reação acontece na presença do catalisador cloreto de ferro III (FeCl₃).

2.2- Sulfonação

Reação de substituição em que um benzeno (C₆H₆) reage com o ácido sulfúrico (H₂SO₄), formando um ácido benzenossulfônico (C₆H₆ SO₃H) e água (H-OH). A formação desses produtos ocorre em decorrência da saída de um hidrogênio do benzeno e de um grupo hidroxila (OH) do ácido sulfúrico.

Equação representando a sulfonação do benzeno

O hidrogênio interage com a hidroxila, formando água, enquanto o grupo SO₃H restante do ácido liga-se ao benzeno, formando o ácido benzenossulfônico.

Obs.: Essa reação ocorre na presença de calor (Δ).

2.3- Nitração

Reação de substituição em que o benzeno (C₆H₆) reage com o ácido nítrico (HNO₃), formando nitrobenzeno (C₆H₆ NO₂) e água (H-OH). A formação desses produtos ocorre em decorrência da saída de um hidrogênio do benzeno e de um grupo hidroxila (OH) do ácido nítrico.

Equação representando a nitração do benzeno

O hidrogênio interage com a hidroxila, formando água, enquanto o grupo NO₂ restante do ácido liga-se ao benzeno, formando o nitrobenzeno.

Obs.: essa reação ocorre na presença de calor e do ácido sulfúrico, atuando como um catalisador.

2.4- Alquilação

Reação de substituição em que um benzeno (C₆H₆) reage com um haleto orgânico (R-Br), formando um benzeno ramificado (C₆H₆R) e um hidrácido halogenado (HBr). A formação desses produtos ocorre em decorrência da saída de um hidrogênio do benzeno e de um radical do haleto orgânico (R).

Equação representando a alquilação do benzeno

O hidrogênio interage com o átomo de halogêneo, formando um hidrácido halogenado, enquanto o radical restante do haleto liga-se ao benzeno, formando um benzeno ramificado.

Obs.: Essa reação acontece na presença da substância cloreto de alumínio (AlCl₃) e de aquecimento.

2.5- Acilação

Reação de substituição em que um benzeno (C₆H₆) reage com um cloreto de ácido (RCOCl) orgânico, formando uma cetona (C₆H₆COR) e um hidrácido halogenado (HCl). A formação desses produtos ocorre em decorrência da saída de um hidrogênio do benzeno e do halogêneo do cloreto.

Equação representando a acilação do benzeno

O hidrogênio interage com o átomo de halogêneo, formando um hidrácido halogenado, enquanto a carbonila restante do cloreto de ácido liga-se ao benzeno, formando uma cetona.

Obs.: Essa reação acontece na presença da substância cloreto de alumínio e de aquecimento.

3- Reações de substituição em haletos orgânicos

Reação de substituição em que um haleto orgânico (R-Br) reage com a água (H₂O ou H-OH), formando um álcool (R-OH) e um hidrácido halogenado (HBr), ácido que apresenta apenas o hidrogênio e um átomo de halogêneo). A formação desses produtos ocorre em decorrência da saída do átomo de halogêneo do haleto orgânico e de um hidrogênio (H) da água.

Equação representando a substituição de um haleto orgânico qualquer

O hidrogênio interage com o halogêneo, formando o hidrácido halogenado, enquanto o grupo OH restante da água liga-se ao que restou do haleto orgânico, formando um álcool.

Obs.: Essa reação acontece na presença da substância hidróxido de sódio (NaOH) e de aquecimento.

Por Me. Diogo Lopes Dias