Principal diferença - reações de adição versus substituição

Reações de adição, reações de substituição e reações de eliminação são reações fundamentais em química orgânica. A maioria das sínteses e identificações químicas são baseadas nessas reações. Essas reações podem ocorrer em uma ou duas etapas. A principal diferença entre as reações de adição e substituição é que reações de adição envolvem a combinação de dois ou mais átomos ou grupos funcionais enquanto que as reações de substituição envolvem o deslocamento de um átomo ou grupo funcional por outro grupo funcional.

Principais áreas cobertas

1. O que é reação de adição - Definição, Classificação, Características, Exemplos 2. O que é reação de substituição - Definição, Classificação, Características, Exemplos 3. Qual é a diferença entre reações de adição e substituição - Comparação das principais diferenças

Termos-chave: Reação de adição, Aduto, Ciclo-adição, Eletrófilo, Adição eletrofílica, Substituição eletrofílica, Adição de radical livre, Grupo de saída, Reação de adição não polar, Nucleófilo, Adição nucleofílica, Substituição nucleofílica, Reação de adição polar, Substituição radical,, Substrato

O que é reação de adição

A reação de adição é a combinação de dois ou mais átomos ou moléculas para formar uma grande molécula. Esta grande molécula é conhecida como aduto. A maioria das reações de adição são limitadas a moléculas com insaturação que possuem ligações duplas ou triplas. Essas reações de adição podem ser classificadas como segue.

Classificação da reação de adição

Reações de adição não polares

Adição Eletrofílica

Uma adição eletrofílica é a combinação de um eletrófilo com uma molécula. Um eletrófilo é um átomo ou uma molécula que pode aceitar um par de elétrons de uma espécie rica em elétrons e formar uma ligação covalente. Para aceitar mais elétrons, os eletrófilos são carregados positivamente ou neutros e têm orbitais livres para os elétrons que chegam. Um subproduto não é fornecido pela reação de adição.

Figura 01: Adição Eletrofílica

No exemplo acima, H⁺ atua como o eletrófilo. Ele é carregado positivamente. A ligação pi da ligação dupla é rica em elétrons. Portanto, o eletrófilo (H⁺) ataca a ligação dupla e obtém elétrons para neutralizar sua carga. No exemplo acima, a molécula recém-formada é novamente um eletrófilo. Portanto, ele também pode sofrer reações de adição eletrofílica.

Adição Nucleofílica

A adição nucleofílica é uma combinação de um nucleófilo com uma molécula. Um nucleófilo é um átomo ou molécula que pode doar pares de elétrons. Os nucleófilos podem doar elétrons para os eletrófilos. Moléculas com ligações pi, átomos ou moléculas com pares de elétrons livres, agem como nucleófilos.

Figura 02: Adição Nucleofílica

Na imagem acima, “H₂O “é um nucleófilo e tem pares de elétrons isolados no átomo de oxigênio. Ele pode ser ligado ao átomo de carbono central, uma vez que o átomo C tem uma carga parcial positiva devido à polaridade da ligação –C = O.

Adição de Radical Livre

A adição de radicais livres pode ocorrer entre dois radicais ou entre um radical e um não radical. No entanto, a adição de radical livre ocorre por meio de três etapas:

1. Iniciação - formação de um radical
2. Propagação - o radical reage com os não radicais para formar novos radicais
3. Rescisão - dois radicais se combinam e a formação de novos radicais é encerrada

Figura 03: Reação do radical “.OH” com Benzeno forma um novo radical.

Ciclo-Adição

A formação de uma molécula cíclica a partir da combinação de duas moléculas cíclicas ou não cíclicas é conhecida como ciclo-adição. A reação de Diels-Alder é um bom exemplo de ciclo-adição.

Figura 4: Exemplo de Ciclo-Adição

A imagem acima mostra a adição de compostos carboxílicos com alquenos. Essas adições resultaram na formação de um composto cíclico.

O que é reação de substituição

Uma reação de substituição é uma reação que envolve a substituição de um átomo ou grupo de átomos por outro átomo ou grupo de átomos. Isso resulta em um subproduto denominado como saindo do grupo. A classificação geral das reações de substituição (dependendo do tipo de substituinte) é a seguinte.

Substituição Eletrofílica

Substituição eletrofílica é a substituição de um átomo ou grupo funcional por um eletrófilo. Aqui também, eletrófilo é um átomo ou uma molécula que pode aceitar um par de elétrons de uma espécie rica em elétrons e carrega uma carga positiva ou neutra.

Figura 05: Substituição eletrofílica de NO2 + por benzeno

No exemplo acima, um átomo de hidrogênio do anel de benzeno é deslocado pelo NO₂⁺. Aqui não₂⁺ grupo atua como um eletrófilo que é carregado positivamente. O átomo de hidrogênio é o grupo de saída.

Substituição Nucleofílica

A substituição nucleofílica é a substituição de um átomo ou grupo funcional por um Nucleófilo. Aqui também, um nucleófilo é um átomo ou molécula que pode doar pares de elétrons e tem uma carga negativa ou é neutra.

Figura 06: Substituição nucleofílica aromática

Na imagem acima, “Nu” indica um nucleófilo e substitui o átomo “X” da molécula aromática. O átomo “X” é o grupo de saída.

Substituição Radical

A substituição radical inclui as reações de radicais com substratos. A substituição radical também contém pelo menos duas etapas (o mesmo que na reação de adição de radical) para a conclusão da reação. Na maioria das vezes, três etapas estão envolvidas.

1. Iniciação - formação de um radical
2. O radical de propagação reage com os não radicais para formar novos radicais
3. Término - dois radicais se combinam e a formação de novos radicais é encerrada

Figura 7: Substituição radical de metano

No exemplo acima, um átomo de hidrogênio de metano é substituído por ".Radicais Cl ”. O átomo de hidrogênio é o grupo de saída.

Diferença entre reações de adição e substituição

Definição

Reação de adição: A reação de adição é a combinação de dois ou mais átomos ou moléculas para formar uma molécula grande.

Reação de substituição: Uma reação de substituição é uma reação que envolve a substituição de um átomo ou grupo de átomos por outro átomo ou grupo de átomos.

Molécula Final

Reação de adição: A grande molécula formada após a reação de adição é chamada de aduto.

Reação de substituição: A parte da molécula que exclui o eletrófilo ou o grupo de saída é chamada de substrato.

Subproduto

Reação de adição: Um subproduto não é formado nas reações de adição.

Reação de substituição: Um subproduto é formado nas reações de substituição. O subproduto é o grupo de saída.

Massa molar do substrato ou aduto

Reação de adição: A massa molar do aduto na reação de adição sempre aumenta do que a da molécula inicial devido à combinação de um novo átomo ou grupo.

Reação de substituição: A massa molar do substrato na reação de substituição pode ser aumentada ou diminuída do que a da molécula inicial, dependendo do grupo substituído.

Conclusão

Reações de adição e substituição são usadas para explicar os mecanismos de reação em química orgânica. A principal diferença entre as reações de adição e substituição é que as reações de adição envolvem a combinação de dois ou mais átomos ou grupos funcionais, enquanto as reações de substituição envolvem o deslocamento de um átomo ou grupo funcional por outro grupo funcional.

Cortesia de imagem:

1. “Mecanismo de adição eletrofílica de hydron” Por Omegakent - Trabalho próprio (Domínio Público) via Commons Wikimedia 2. “Formação de hidrato de aldeído” Por Sponk () - Trabalho próprio (Domínio Público) via Commons Wikimedia 3. “Reação de hidroxila benzeno” Por DMacks () - Trabalho próprio (Domínio Público) via Commons Wikimedia4. “KetGen” de OrganicReactions - Trabalho próprio (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia 5. “Mecanismo de nitração de benzeno” Por Benjah-bmm27 - Trabalho próprio (domínio público) via Commons Wikimedia6. “Substituição nucleofílica aromática” Domínio Público) via Commons Wikimedia 7. “MethaneChlorinationPropagationStep” Por V8rik na Wikipedia em inglês (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

Referências:

1. ”Reação de Substituição | Tipos - Nucleofílico e Eletrofílico. ” Química. Byjus Classes, 09 de novembro de 2016. Web. Disponivel aqui. 28 de junho de 2017. 2. ”Reação de substituição.” Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., 05 de fevereiro de 2009. Web. Disponível aqui. 28 de junho de 2017. 3. ”Addition Reactions - Boundless Open Textbook.” Sem limites. Boundless, 08 de agosto de 2016. Web. Disponivel aqui. 28 de junho de 2017.