ESTUDO CINÉTICO DE REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA

CAMPUS DUQUE DE CAXIAS

INDIRA BARBOSA

TAÍS PEREIRA DA FONSECA

THATIANE COTIAS CORRÊA PESSOA

RELATÓRIO DO EXPERIMENTO:

ESTUDO CINÉTICO DE REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA

Data de realização do experimento:  01/11/2017 e

Data de entrega do relatório: 08/11/2017

Professor: Ana Carolina Amorim

                                     DUQUE DE CAXIAS, RIO DE JANEIRO

2017

1. Introdução:

As reações de substituição consistem na troca de um átomo ou grupo de moléculas por um outro átomos ou grupo de átomos. Ela foi descoberta em 1896 pelo alemão Paul Walden. Essa reação necessita de um eletrófilo , um nucleófilo e um bom grupo abandonador para acontecer (SOLOMONS,2011).

A reação mais utilizada e explorada são as que acontecem com compostos orgânicos halogenados, devido a sua facilidade em ser substituído, já que um átomo de halogênio é fortemente eletronegativo tornando a ligação polarizada. Ele ocorre da seguinte maneira: um nucleófilo ataca um halogeneto de alquila no carbono sp³ que está ligado ao halogênio, resultando no deslocamento do átomo de halogênio pelo nucleófilo. Uma das características mais importantes é o fato de não alterarem a estrutura carbônica(SOLOMONS,2011).

Os nucleófilos são bases de Lewis, devido apresentarem um par de elétrons não compartilhados, portanto pode-se esperar que a reatividade acompanhe a basicidade, que é um fenômeno de equilíbrio, medido usualmente com a presença do hidrogênio. E a nucleofílica é determinada através da velocidade relativa de reação com o carbono, portanto um fenômeno cinético. Três fatores que influenciam no poder do nucleófilo: a primeira seria a basicidade relativa, depois a polarização e por último a solvatação. O ataque do nucleófilo pode ser neutro, sem carga, ou com carga negativa (SOLOMONS,2011).

Outro fator que influência na reatividade dos nucleófilos são os solventes, pois uns tem a capacidade de formar ponte de hidrogênio desativando o par de elétrons do grupo atacante, diminuindo o número atômico do átomo. Porém se o grupo atacante for um ânion, ele será acompanhado por cátions, sendo assim ionizado, facilitando a dissociação dos íons, aumentando o poder nucleofílico. Um solvente polar e aprótico permite a dissociação sem desativar o nucleófilo, pois estabiliza os cátions deixando o nucleófilo livre para atacar(SOLOMONS,2011).

O grupo de saída também é importantíssimo para esta reação ocorrer, pois o melhor grupo pode estabilizar a carga negativa, e torná-las bases fracas e estáveis. Os dados experimentais indicam qual a ordem de reatividade dos halogênios: I- >Br- >Cl- >F-. Como o OH- é um péssimo grupo abandonador, por ser uma base forte, portanto ele deve sofrer reações para que ele possa se converter em um grupo de saída melhor (SOLOMONS,2011).

Os processos de substituição  podem ser divididos em duas classes, dependendo das características das moléculas envolvidas, em Sn1 e Sn2. Elas se diferem entre si no processo de formação de uma nova ligação e quebra da anterior, principalmente no substrato, onde o nucleófilo ataca, no solvente e também no próprio nucleófilo (SOLOMONS,2011).

No substrato,  a Sn2 é favorecida pelo desimpedimento e por um nucleófilo carregado negativamente na presença de um solvente aprótico polar. Já a Sn1 é favorecida pelo impedimento estérico do substrato, um nucleófilo neutro em um solvente prótico. A ordem de reatividade para Sn1 é: carbocátion 3°> carbocátion 2°> carbocátion 1° e para Sn2 é: carbono 1°> carbono 2° > carbono 3°(SOLOMONS,2011).

A substituição nucleofílica de 2° ordem, conhecida como Sn2,  a velocidade irá  depender da concentração do substrato e também do nucleófilo, pois se dobrarmos as concentrações descobre-se que a velocidade irá se duplicar, por isso ela é de segunda ordem na cinética. Esse mecanismo foi sugerido 1937 pelo E.D.Hughes e Christopher Ingold, os mesmos conseguiram explicar a inversão de configuração (SOLOMONS,2011).

Já na substituição nucleofílica de primeira ordem, Sn1, temos a velocidade dependente apenas da concentração do substrato. Neste tipo de reação temos a formação de um intermediário carbocátion, espécies deficientes em elétrons, formada pela quebra da ligação C-X com a ajuda do solvente prótico. Essa seria a etapa lenta, a etapa limitante ou determinante da velocidade. O carbocátion é atacado pelo nucleófilo, caso ele seja aquiral, isto é o carbono esteja ligado a três compostos diferentes, ele sofrerá o ataque por qualquer um dos lados, formando dois enantiômeros (SOLOMONS,2011).

Para uma aplicação diferenciada em sala de aula, podemos realizar uma aula contextualizada, falando sobre as principais reações nucleofílicas utilizadas nas indústrias. Ao mostrarmos para  o aluno onde essas reações são utilizadas, ele poderá observar como a Química está presente em seu cotidiano. Ao utilizarmos essa ferramenta o discente poderá compreender que determinado assunto não é fora da  sua realidade e está bem presente em seu cotidiano (SILVA, 2007).

1. Materiais e Reagentes:

Materiais	Reagentes
Tubo de Ensaio	Iodeto de Sódio
Estante de Tubo de Ensaio	1-bromobutano
Bastão de vidro	1-clorobutano
Pinça de Madeira	2-cloro-2-metilpropano
Béquer de 250mL	Acetona
Garras e mufas	Etanol
Placa de Aquecimento	Agua
Pipeta Pasteur
Pipeta Graduada de 1 mL
Espátula
Balão Volumétrico de 10mL
Pérolas de vidro
Pipeta volumétrica de 1 mL

           (Tabela 01- Materiais e Reagentes utilizados na prática)