Substituição Eletrofílica - Química

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As reações químicas conhecidas e elucidadas são em número bastante elevado, mas as principais seguem padrões bem definidos e caracterizados, o que facilita a compreensão de seu mecanismo. Isso ocorre porque alguns mesmos princípios as regulam. Por exemplo, moléculas polares são mais reativas do que apolares, ácidos reagem facilmente com bases, agentes oxidantes reagem com redutores, entre outros. Quando tratam-se de reações orgânicas, particularmente, estas ocorrem de modo mais lento do que aquelas de natureza inorgânica, o que se deve às primeiras serem geralmente moleculares, ao passo que as segundas são iônicas.

Um importante subgrupo das reações orgânicas são as reações de substituição, nas quais um átomo, ou grupo de átomos da molécula orgânica é substituído por outro átomo ou grupo de átomos. Reações de substituição são muito frequentes nos compostos aromáticos, destacando-se as halogenações (substituição por halogênio), nitrações (substituição por -NO²) e sulfonações (substituição por -SO₃H). “Reações eletrofílicas em outros compostos insaturados como alcenos geralmente conduzem a adição eletrofílica mais que a substituição”¹.

Uma reação de substituição eletrofílica é aquela na qual um eletrófilo, partícula dotada de carga elétrica positiva, portanto ávida por elétrons, substitui outro grupo de mesma característica. Reações desta natureza ocorrem de modo muito evidente em compostos aromáticos, e são empregadas como meio para introdução de grupos funcionais nesses compostos. Particularmente, uma nitração à benzeno ocorre pela introdução irreversível de um ou mais grupamentos nitro (NO₂) ao anel aromático. “O sistema ácido sulfúrico / ácido nítrico, denominado mistura sulfonítrica, é o reagente mais comum em uma nitração.²”

As principais etapas ocorridas em uma nitração de benzeno por ácido nítrico proveniente de uma mistura sulfonítrica são três.

2H₂SO₄ + HNO₃ → 2HSO₄^1- + NO₂⁺ + H₃O⁺

Na primeira o ácido sulfúrico (H₂SO₄) e ácido nítrico (HNO₃) reagem entre si e liberam o grupo nitro (NO₂⁺) responsável pelo ataque ao anel benzênico, partícula esta dotada de carga elétrica positiva, portanto, o eletrófilo.

C₆H₆ + NO₂⁺ → C₆H₅NO₂ + H⁺

Na segunda ocorre o ataque deste eletrófilo a qualquer carbono do benzeno (C₆H₆), o qual irá liberar uma outra partícula de carga elétrica positiva (eletrófilo), portanto, temos uma substituição eletrofílica.

H⁺ + H₃O⁺ + 2HSO₄^1- → H₂O + 2H₂SO₄

Na terceira, esse eletrófilo liberado (H⁺⁾, finalizando o processo, irá reagir com os produtos secundários da primeira reação entre H₂SO₄ e HNO₃, resultando apenas em ácido sulfúrico em meio aquoso.

No mecanismo apresentado, percebemos que a primeira estapa parte da liberação de um grupo nitro. Entretanto, podemos dizer que cada uma das substituições aromáticas terá uma primeira etapa diferenciada, mas sempre com a formação inicial de um reagente carregado positivamente, caracterizando o processo da substituição eletrofílica.