Aula 7 - Introdução às reações orgânicas

AUTOR: Artur Galiza

INTRODUÇÃO

    As reações orgânicas, em geral, podem ser divididas em várias categorias, como adição, substituição, eliminação, etc…, mas apesar de diferentes, todas elas apresentam fatores em comuns que nós, as pessoas que estudam esse fênomenos, podemos agrupar e tentar entender, para assim tentar prever a reatividade das espécies participantes da reação e até mesmo quais sítios dos reagentes irão, efetivamente, reagir em determinadas condições.
As funções orgânicas nos dizem muito sobre os tipos de reação em que cada espécie pode sofrer.

   As reações

   As reações orgânicas, em sua grandíssima maioria, podem ser entendidas como atrações/repulsões eletroestáticas (de cargas) ou interações (construtivas ou destrutivas) de orbitais. Nesse material iremos entender o que
tudo significa e como usar modelos "simples" para prever reações complicadas.

Eletrófilos e Nucleófilos

   A grande maioria das reações orgânicas se trata de um eletrófilo (substrato) + nucleófilo, podendo ambos ter carga ou pseudocargas. De maneira geral, a reação se trata de um nucléofilo "atacando" o eletrófilo e gerando o produto. Nesse processo, os elétrons fluem do nucleófilo para o eletrófilo. Um exemplo desses tipos de reações:

Aqui temos duas espécies carregadas que se atraem e são unidas por essa atração carga-carga.

 

Agora, temos um exemplo de espécies neutras que reagem somente por sobreposição de orbitais, com uma espécie tendo um par de elétrons não ligantes e outra tendo um orbital vazio.

 

Efeitos eletrônicos

efeito indutivo

    A polarização de uma molécula resultante da diferença da eletronegatividade
dos átomos que formam uma ligação \sigma é chamada de efeito indutivo. Devido a essa diferença, a densidade eletrônica da ligação será maior nas proximidades do átomo mais eletronegativo.

Os tipos de efeitos 

   Dependendo do átomo/grupo em que o átomo da ligação está pareado, a reatividade do átomo pode mudar, como veremos, átomos que faltam densidade eletrônica são eletrofílicos e, portanto, querem receber elétrons dos outros. Analogamente, os átomos ricos em densidade eletrônica tendem a irem para sítios eletrofílicos e compartilhar esse excesso de elétrons.

Vemos aqui que o tipo de efeito depende da natureza eletrônica do local que o tal átomo está inserido. Então, percebemos que grupos muito eletronegativos tendem a deixar o carbono mais "positivo" (efeito iduntivo retirador de elétrons) e grupos menos eletronegativos tendem a doar densidade eletrônica para o carbono, tornando-o mais "negativo" (efeito doador de elétrons).

Podemos comparar aqui a "força retiradora" de alguns exemplos de grupos retiradores de elétrons: NO_2  data-recalc-dims= COOH > F > Cl > Br > I > OR > OH" />.

Agora, podemos comparar a capacidade doadora de alguns exemplos: CH_3 < RCH_2 < R_2CH < R3C < R_3Si < H.

Efeito mesomérico

   Outro tipo de efeito eletrônico é um efeito causado pela possibilidade de ressonância na molécula. Por exemplo, a molécula de nitro benzeno possui as posições orto e para ao grupo nitro com uma carga positiva maior em relação a posição meta, devido às estruturas de ressonância não afetarem aquela posição, como consequência dessas cargas positivas nas posições orto e para, tornando a posição meta mais favorável para realizar ataque nucleófílicos. Outro fator interessante a se citar do grupo nitro é que a carga formal positiva no nitrogênio faz esse átomo se tornar muito eletronegativo, então, além do efeito mesomérico ele também deixa os carbonos mais positivos por efeito indutivo retirador nas ligações sigmas.

Outro exemplo de efeito retirador de elétrons pelo efeito mesomérico são as espécies $\alpha-\beta$ carboniladas, nesse caso vemos que pelas estruturas de ressonância os carbonos eletrofílicos são os carbonos $\beta$ e o próprio carbono da carbonila, porque ambos possuem cargas parciais positivas, um por efeito mesómerico e o outro por estar ligado a um átomo eletronegativo.

O que podemos concluir?

    Nas reações orgânicas, sempre haverá uma espécie eletrofílica e nucleófilica, basta analisar seus componentes para identificar qual é qual. De uma forma geral, todas as reações são dependentes dos efeitos eletrônicos e de como eles afetam as moléculas, então, a reatividade das espécies depende da força dos grupos doadores e retiradoes que estão presente nas moléculas, sendo esse balanço de efeitos que dita as reações que estudamos.

O futuro do estudo das reações

    Nós vemos aqui que esses efeitos eletrônicos são fáceis de entender e de usar, mas há situações em que nossos simples modelos humanos não servem e precisamos de técnicas mais avançadas. Desse modo, surge a teoria dos orbitais moleculares e de espécies duras e moles. Caso você queira aprender mais sobre essas teorias, um bom material que ensina sobre isso é o livro Organic chemistry do autor Jonathan Clayden.