Diferencie as reações de adição, substituição e eliminação em compostos orgânicos, dando exemplos para cada tipo.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
Diferenciar as reações de adição, substituição e eliminação em compostos orgânicos.
Dar um exemplo para cada tipo de reação.
Não há dados numéricos; o objetivo é explicar os conceitos, mostrar como identificá‑los e dar exemplos passo a passo que te ajudem a reconhecer e resolver questões parecidas na prova.
Passo 2
Visão rápida para começar (só para organizar a cabeça):
Adição: algo se adiciona a uma molécula, normalmente rompendo uma ligação dupla/tríplice e formando ligações novas; o número de ligações sigma na molécula aumenta e a insaturação diminui.
Substituição: um grupo (geralmente um bom grupo saída) é trocado por outro (nucléófilo ou eletrofílico), sem formar ou romper ligações múltiplas principais; o número de átomos ligados ao átomo central permanece parecido.
Eliminação: remove-se partes da molécula (por exemplo, H e um grupo saída) para formar uma ligação dupla; a insaturação aumenta.
A partir daqui vou te ensinar cada uma com calma, mostrando mecanismos passo a passo, sinais que você precisa olhar na prova e exemplos com notas sobre estereoquímica e condições.
Passo 3
Adição — definição detalhada e como reconhecer na prova
O que acontece: uma ligação pi (← geralmente C=C ou C≡C) é quebrada e dois novos substituintes passam a ligar aos carbonos que formavam a dupla/tripla.
Substratos comuns: alcenos, alcinos, compostos carbonílicos (aí é nucleofílica de adição).
Tipos comuns de mecanismo:
Adição eletrofílica (típica de alcenos): primeiro entra um eletrofílico (E+), forma‑se um carbocátion (ou iônio bromônio), depois o nucleófilo ataca.
Adição radicalar (ex.: HBr com peróxidos → anti‑Markovnikov).
Como identificar num exercício: verás um reagente que “se adiciona” ao carbono duplo (ex.: HBr, Br2, H2/Pd). O produto terá mais ligações simples e menos insaturação.
Dica prática: desenhe a dupla, marque quais átomos entram, veja se o produto tem mais H ou substituintes ligados aos carbonos antes ligados por pi.
Passo 4
Exemplo 1 de adição (muito comum) — adição eletrofílica de HBr ao propeno (mecanismo passo a passo)
Reagentes: propeno (CH3–CH=CH2) + HBr.
Passos do mecanismo:
Protonação do alceno: o par π da ligação C=C ataca o próton do HBr; o próton se liga ao carbono que leva à formação do carbocátion mais estável. Explicação: sempre forma o carbocátion mais estável (regra de Markovnikov).
Formação do carbocátion: no caso do propeno, a protonação em CH2=CH–CH3 que dá o carbocátion secundário é mais favorável que o carbocátion primário.
Ataque nucleofílico: o íon brometo Br− ataca o carbocátion formando o produto final.
Resultado (produto): 2‑bromopropano (CH3–CH(Br)–CH3). Observação: se houver peróxidos, o mecanismo radical pode levar a anti‑Markovnikov, formando 1‑bromopropano.
Exemplo 2 de adição — halogenação de um alceno (Br2 em Ciclhexeno)
Mecanismo: π ataca Br2 formando um iônio bromônio (ponte entre os dois carbonos). Depois o Br− ataca o carbono menos substituído do bromônio por trás, resultando em adição anti (estereo): substituintes adicionados em faces opostas.
Resultado: dibromociclhexano com adição anti.
Passo 5
Substituição — definição detalhada e como reconhecer
O que acontece: um grupo ligado a um átomo (normalmente um carbono) é substituído por outro grupo; o átomo central mantém aproximadamente o mesmo número de ligações, mas troca a identidade de um substituinte.
Dois mecanismos principais: SN2 (substituição nucleofílica bimolecular) e SN1 (unimolecular).
SN2 (mecanismo concertado):
Um nucleófilo forte ataca o carbono ligado ao grupo saída por trás (backside), enquanto o grupo saída sai ao mesmo tempo — é uma única etapa.
Estereoquímica: inversão absoluta (regra de Walden). Cinética: velocidade depende de [substrato] e [nucleófilo].
Exemplo simples: \text{CH}_3\text{Br} + \text{OH}^- \longrightarrow \text{CH}_3\text{OH} + \text{Br}^-. Mecanismo: ataque direto do OH− ao carbono, formação de ligação C–O e saída simultânea de Br−.
SN1 (mecanismo em duas etapas):
Primeiro o grupo saída sai, formando um carbocátion; depois o nucleófilo ataca esse carbocátion.
Estereoquímica: racemização (ataque por ambos os lados do carbocátion). Cinética: depende apenas da concentração do substrato.
Exemplo: (CH_3)_3\text{C–Cl} + H_2O \xrightarrow{\text{solv}} (CH_3)_3\text{C–OH} + HCl. Mecanismo: saída do Cl− formando carbocátion tert‑butílico; ataque da água; desprotonação para dar álcool.
Passo 6
Eliminação — definição detalhada e como reconhecer
O que acontece: remoção de um átomo de hidrogênio e um grupo saída (ou dois grupos) levando à formação de uma ligação dupla (C=C) — aumenta a insaturação.
Dois mecanismos principais: E2 (bimolecular) e E1 (unimolecular).
E2 (concertado):
Base forte remove um próton β ao mesmo tempo que o grupo saída sai; tudo acontece numa etapa só.
Requisito estereo: para que ocorra eficientemente, o hidrogênio extraído e o grupo saída costumam ter que estar em posição anti‑periplanar (isso determina a estereoquímica do produto).
Favorecido por: bases fortes/volumosas, substratos secundários/terciários, temperaturas mais altas.
Exemplo: 2‑bromobutano + \text{KOtBu} → but‑2‑eno (principalmente E‑isômero). Mecanismo: base pega Hβ, elétrons formam a dupla enquanto Br− sai.
E1 (dois passos):
Primeiro o grupo saída sai, formando carbocátion; depois uma base remove um próton β e forma a dupla.
Reagentes como HBr, HCl, Br2 com alcenos → adição.
Temperatura:
Mais alta → favorece eliminação (entalpia/entropia).
Resultado prático:
Se o produto tem nova dupla → eliminação.
Se o produto tem grupo novo no mesmo esqueleto sem alteração de insaturação → substituição.
Se a dupla desaparece e há mais ligações simples → adição.
Passo 8
Exemplos de competição e como interpretar enunciados
Ex.: 2‑bromobutano com NaOH (solução aquosa) em temperatura ambiente:
NaOH é nucleófilo forte e base moderada; em solvente protico (H2O) parte da força nucleófila é atenuada. Espera‑se mistura SN2 (formando álcool) e E2 (formando buteno), com proporções que dependem da temperatura e concentração.
Ex.: 2‑bromobutano com \text{tBuOK} (base volumosa, apolar) em solvente aprótico:
Favorece E2 (elimina para formar alquenos) por impedimento estérico do ataque nucleofílico concertado.
Na prova: identifique o tipo de reagente e substrato e aplique as regras acima; se pedirem mecanismo, desenhe todas as etapas com setas (curved arrows), justificando estabilidade de intermediários (carbocátions) ou requisito anti‑periplanar no E2.
Passo 9
Observações finais de técnica (para a hora da prova)
Sempre desenhe estruturas e não apenas fórmulas lineares; visualizar hidrogênios β e grupo saída é crucial.
Ao desenhar mecanismos:
Para SN2/E2 indique o ataque e/ou remoção de próton e saída simultânea.
Para SN1/E1 mostre a etapa de formação do carbocátion e explique sua estabilidade (primário/secundário/terciário; ressonância).
Para adição a alcenos, aplique a regra de Markovnikov e explique através da estabilidade do carbocátion; mencione exceções (radicalário).
Pratique: memorize padrões típicos (HBr, Br2, H2/Pd, NaOH, \text{tBuOK}, peróxidos) e o que cada reagente favorece.
Coragem: com prática esses passos viram automático. Você consegue!
Passo 10
Recapitulando rapidamente (para fixar):
Adição: quebra de ligações π → mais ligações simples; exemplos: HBr em alcenos, Br2 em alcenos, H2/Pd.
Substituição: troca de um grupo por outro; exemplos: SN2 em metil/primários (CH3Br + OH−), SN1 em terciários ((CH3)3CCl + H2O).
Eliminação: formação de dupla por perda de H e LG; exemplos: E2 com base forte (2‑bromobutano + \text{tBuOK}), E1 por carbocátion (desidratação de tert‑butanol).
Resposta
Adição — Reação em que átomos/grupos se adicionam a uma ligação múltipla (pi) transformando‑a em ligações simples; exemplo: propeno + HBr \longrightarrow 2‑bromopropano (adição eletrofílica, passo: protonação do alceno formando carbocátion, ataque do Br−).
Substituição — Reação em que um grupo ligado a um átomo é trocado por outro grupo; exemplo SN2: \text{CH}_3\text{Br} + \text{OH}^- \longrightarrow \text{CH}_3\text{OH} + \text{Br}^- (mecanismo concertado, inversão de configuração); exemplo SN1: (CH_3)_3\text{C–Cl} + H_2O \longrightarrow (CH_3)_3\text{C–OH} + HCl (via carbocátion).
Eliminação — Reação que remove átomos/grupos (por exemplo H e LG) formando uma ligação dupla; exemplo E2: 2‑bromobutano +\text{KOtBu} \longrightarrow but‑2‑eno + KBr + tBuOH) (mecanismo concertado, requisito anti‑periplanar); exemplo E1: desidratação ácida de terc‑butanol \longrightarrow isobutileno (via carbocátion).