Química Orgânica · Reações · Ensino Médio

Nenhuma molécula reage inteira

Propano e propeno diferem por dois hidrogênios. Pingue água de bromo nos dois: o propeno descora o frasco em segundos, no escuro, na temperatura da sala. O propano não faz nada — a não ser que você acenda uma lâmpada e espere. Mesmo tamanho, quase o mesmo esqueleto, e mesmo assim: reações de tipos diferentes, por motivos diferentes, em lugares diferentes da molécula. A Química Orgânica não tem milhares de reações para decorar. Ela tem um punhado de maneiras de uma ligação quebrar — e o resto é consequência.

45:55o cloro quase não escolhe
99,4%o bromo escolhe, e muito
66,7%o teto da esterificação em 1:1
0/30seu placar nas quatro baterias

00 · a aula projetada

Reações Orgânicas, em 32 slides

Este é o material que vai ao projetor, embutido aqui inteiro — os mesmos arquivos, no tamanho real de 1920×1080, só reduzidos para caber na tela. Use as setas do teclado, entre em tela cheia para projetar, e abra as notas para ver o que dizer em cada slide. No celular, vire o aparelho e use tela cheia — um slide de 1920 px espremido em retrato fica ilegível. Quem perdeu a aula começa por aqui; o resto da página é o aprofundamento de cada uma dessas quatro famílias.

Química Orgânica · Ensino Médio

Reações orgânicas

As quatro reações que mais caem, escritas por extenso e com muitos exemplos.

Adição

Substituição

Esterificação

Hidrólise ácida e básica

Prof. Vanderlei Paula · aquitemquimica.com.br

Roteiro da aula

Quatro reações, uma pergunta: o que entra e o que sai?

01

Adição

A ligação dupla ou tripla se abre e o reagente entra inteiro.

alcenos e alcinos

02

Substituição

Um átomo sai da molécula e outro entra no lugar dele.

alcanos, benzeno, haletos

03

Esterificação

Ácido carboxílico e álcool se juntam e liberam água.

ácidos + álcoois

04

Hidrólise

A água desfaz o éster, em meio ácido ou básico.

ésteres e gorduras

Reações orgânicas · roteiro

2

01

Adição

A ligação dupla ou tripla se abre e os dois pedaços do reagente entram, um em cada carbono.

Alcenos

Alcinos

Dienos

H₂ · X₂ · HX · H₂O

Adição · a ideia geral

Dois reagentes, um produto só

R–CH=CH–R + X–Y → R–CHX–CHY–R

a ligação π se rompe e X e Y entram, um em cada carbono da dupla

Onde acontece

Alcenos (C=C), alcinos (C≡C) e dienos. O alcino pode receber uma ou duas moléculas do reagente.

Sem subproduto

Todos os átomos dos reagentes ficam no produto. Se sobrar HCl ou água, não foi adição.

Exceção

O anel benzênico resiste à adição: ele prefere a substituição, que conserva o anel.

Reações orgânicas · adição

4

Adição · H₂ com catalisador metálico

Hidrogenação catalítica

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₂H–CH₂H

eteno + hidrogênio → etano

Ni, Δ

CH₃–CH=CH₂ + H₂ → CH₃–CHH–CH₂H

propeno + hidrogênio → propano

Pt

HC≡CH + H₂ → CH₂=CH₂

etino + 1 H₂ → eteno (hidrogenação parcial)

Pd

HC≡CH + 2 H₂ → CH₃–CH₃

etino + 2 H₂ → etano (hidrogenação total)

Ni, Δ

Reações orgânicas · adição

5

Adição · Cl₂ ou Br₂, em solvente inerte

Halogenação

CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br–CH₂Br

eteno → 1,2-dibromoetano

CCl₄

CH₃–CH=CH₂ + Cl₂ → CH₃–CHCl–CH₂Cl

propeno → 1,2-dicloropropano

CCl₄

HC≡CH + 2 Br₂ → CHBr₂–CHBr₂

etino → 1,1,2,2-tetrabromoetano

CCl₄

C₆H₁₀ + Br₂ → C₆H₁₀Br₂

ciclo-hexeno → 1,2-dibromociclo-hexano

CCl₄

Reações orgânicas · adição

6

Adição · HCl, HBr, HI

Hidro-halogenação

CH₂=CH₂ + HCl → CH₂H–CH₂Cl

eteno → cloroetano

CH₃–CH=CH₂ + HBr → CH₃–CHBr–CH₂H

propeno → 2-bromopropano (produto principal)

CH₃–CH₂–CH=CH₂ + HCl → CH₃–CH₂–CHCl–CH₃

but-1-eno → 2-clorobutano

(CH₃)₂C=CH₂ + HBr → (CH₃)₂CBr–CH₃

metilpropeno → 2-bromo-2-metilpropano

Reações orgânicas · adição

7

Adição · em qual carbono entra o H?

Regra de Markovnikov

O hidrogênio entra no carbono da dupla que já tem mais hidrogênios.

Produto principal

CH₃–CH=CH₂ + HBr → CH₃–CHBr–CH₃

2-bromopropano: o H vai para o CH₂, que já tinha 2 H

Com peróxido (Kharasch)

CH₃–CH=CH₂ + HBr → CH₃–CH₂–CH₂Br

1-bromopropano: a regra se inverte, e isso só vale para HBr

Dupla simétrica

CH₃–CH=CH–CH₃ + HCl → CH₃–CHCl–CH₂–CH₃

but-2-eno: os dois carbonos são iguais, sai um produto só

Reações orgânicas · adição

8

Adição · H₂O em meio ácido

Hidratação de alcenos

CH₂=CH₂ + H₂O → CH₂H–CH₂OH

eteno → etanol

H⁺

CH₃–CH=CH₂ + H₂O → CH₃–CHOH–CH₃

propeno → propan-2-ol (Markovnikov)

H⁺

CH₃–CH₂–CH=CH₂ + H₂O → CH₃–CH₂–CHOH–CH₃

but-1-eno → butan-2-ol

H⁺

(CH₃)₂C=CH₂ + H₂O → (CH₃)₂COH–CH₃

metilpropeno → 2-metilpropan-2-ol

H⁺

Reações orgânicas · adição

9

Adição · ligação tripla

Alcinos: exemplos que caem em prova

HC≡CH + HCl → CH₂=CHCl

etino → cloroeteno (cloreto de vinila, matéria-prima do PVC)

HgCl₂

HC≡CH + HCN → CH₂=CHCN

etino → propenonitrila (acrilonitrila, fibras acrílicas)

HC≡CH + H₂O → CH₂=CH–OH → CH₃–CHO

etino → etenol (enol instável) → etanal

H₂SO₄, HgSO₄

CH₃–C≡CH + H₂O → CH₃–CO–CH₃

propino → propanona, via enol

H₂SO₄, HgSO₄

Reações orgânicas · adição

10

Adição · resumo

O mesmo propeno diante de cada reagente

ReagenteCondiçãoProdutoNome
H₂Ni, Pt ou PdCH₃–CH₂–CH₃propano
Br₂CCl₄CH₃–CHBr–CH₂Br1,2-dibromopropano
HBr—CH₃–CHBr–CH₃2-bromopropano
HBrperóxidoCH₃–CH₂–CH₂Br1-bromopropano
H₂OH⁺CH₃–CHOH–CH₃propan-2-ol

Reações orgânicas · adição

11

02

Substituição

Um átomo ou grupo sai da molécula e outro entra no lugar dele. Sempre há dois produtos.

Alcanos

Benzeno e aromáticos

Haletos orgânicos

Substituição · a ideia geral

Um sai, outro entra

R–H + X–X → R–X + H–X

o hidrogênio sai junto com metade do reagente: são dois produtos

Alcanos

Reagem com Cl₂ ou Br₂ na presença de luz ou calor. São pouco reativos, então precisam dessa energia.

Aromáticos

O anel benzênico troca um H por outro grupo e continua aromático. Precisa de catalisador.

Haletos orgânicos

O halogênio é que sai, trocado por OH, CN, NH₂ ou OR.

Reações orgânicas · substituição

13

Substituição · alcanos com Cl₂ e luz

Halogenação de alcanos

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

metano → clorometano

luz

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

clorometano → diclorometano

luz

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

diclorometano → triclorometano (clorofórmio)

luz

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

triclorometano → tetraclorometano

luz

Reações orgânicas · substituição

14

Substituição · alcanos maiores

Qual hidrogênio sai?

CH₃–CH₃ + Cl₂ → CH₃–CH₂Cl + HCl

etano → cloroetano: todos os H são iguais, um produto só

luz

CH₃–CH₂–CH₃ + Cl₂ → CH₃–CH₂–CH₂Cl + CH₃–CHCl–CH₃

propano → 1-cloropropano (≈ 43%) + 2-cloropropano (≈ 57%) + HCl

luz

(CH₃)₃CH + Br₂ → (CH₃)₃CBr + HBr

metilpropano → 2-bromo-2-metilpropano (≈ 99%)

luz

C terciário > C secundário > C primário

O cloro é pouco seletivo e gera misturas; o bromo escolhe quase só o H do carbono terciário.

Reações orgânicas · substituição

15

Substituição · anel benzênico

Halogenação, nitração e sulfonação

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl

benzeno → clorobenzeno (halogenação)

FeCl₃

C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br + HBr

benzeno → bromobenzeno (halogenação)

FeBr₃

C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O

benzeno → nitrobenzeno (nitração)

H₂SO₄

C₆H₆ + H₂SO₄ → C₆H₅SO₃H + H₂O

benzeno → ácido benzenossulfônico (sulfonação)

Δ

Reações orgânicas · substituição

16

Substituição · anel benzênico com AlCl₃

Alquilação e acilação de Friedel-Crafts

C₆H₆ + CH₃–Cl → C₆H₅–CH₃ + HCl

benzeno + clorometano → metilbenzeno (tolueno)

AlCl₃

C₆H₆ + CH₃–CH₂–Cl → C₆H₅–CH₂–CH₃ + HCl

benzeno + cloroetano → etilbenzeno

AlCl₃

C₆H₆ + CH₃–CO–Cl → C₆H₅–CO–CH₃ + HCl

benzeno + cloreto de etanoíla → fenil metil cetona (acetofenona)

AlCl₃

Reações orgânicas · substituição

17

Substituição · segundo grupo no anel

O grupo que já está no anel decide a posição

Orto e para

–CH₃ · –OH · –NH₂ · –Cl, –Br

Ativam o anel (menos os halogênios) e mandam o novo grupo para as posições 2 e 4.

C₆H₅–CH₃ + HNO₃ → o- e p-nitrotolueno + H₂O

tolueno, com H₂SO₄

C₆H₅–OH + 3 Br₂ → 2,4,6-tribromofenol + 3 HBr

fenol: reage até sem catalisador

Meta

–NO₂ · –SO₃H · –COOH · –CHO · –CN

Desativam o anel e mandam o novo grupo para a posição 3.

C₆H₅–NO₂ + Cl₂ → m-cloronitrobenzeno + HCl

nitrobenzeno, com FeCl₃

C₆H₅–NO₂ + HNO₃ → m-dinitrobenzeno + H₂O

nitrobenzeno, com H₂SO₄

Reações orgânicas · substituição

18

Substituição · haletos orgânicos

Troca do halogênio por outro grupo

CH₃–CH₂–Cl + NaOH → CH₃–CH₂–OH + NaCl

cloroetano → etanol

H₂O

CH₃–Br + NaCN → CH₃–CN + NaBr

bromometano → etanonitrila

CH₃–CH₂–Br + NH₃ → CH₃–CH₂–NH₂ + HBr

bromoetano → etanamina (etilamina)

CH₃–I + CH₃–CH₂–ONa → CH₃–O–CH₂–CH₃ + NaI

iodometano + etóxido de sódio → metoxietano (síntese de Williamson)

Reações orgânicas · substituição

19

03

Esterificação

Ácido carboxílico + álcool ⇌ éster + água

Esterificação de Fischer

Meio ácido (H⁺) e aquecimento

Reação reversível

Esterificação · a ideia geral

Ácido e álcool se juntam; sai uma água

R–CO–OH + H–O–R' ⇌ R–COO–R' + H₂O

catalisada por H⁺ (H₂SO₄ concentrado) e aquecimento

Nome do éster

ácido etanoico + etanol → etanoato de etila

Troque -ico por -ato e o nome do álcool vira o grupo -ila.

Quem perde o quê

O OH sai do ácido e o H sai do álcool. Isso foi provado marcando o oxigênio do álcool com ¹⁸O: ele aparece no éster, não na água.

É um equilíbrio

Com quantidades iguais, K ≈ 4 e só 2/3 viram éster. Excesso de álcool ou retirar a água desloca para o éster.

Reações orgânicas · esterificação

21

Esterificação · exemplos

Escrevendo as reações

CH₃–COOH + HO–CH₂–CH₃ ⇌ CH₃–COO–CH₂–CH₃ + H₂O

ácido etanoico + etanol → etanoato de etila (acetato de etila)

H⁺

H–COOH + HO–CH₃ ⇌ H–COO–CH₃ + H₂O

ácido metanoico + metanol → metanoato de metila

H⁺

CH₃–CH₂–COOH + HO–CH₃ ⇌ CH₃–CH₂–COO–CH₃ + H₂O

ácido propanoico + metanol → propanoato de metila

H⁺

C₆H₅–COOH + HO–CH₂–CH₃ ⇌ C₆H₅–COO–CH₂–CH₃ + H₂O

ácido benzoico + etanol → benzoato de etila

H⁺

Reações orgânicas · esterificação

22

Esterificação · ésteres do cotidiano

Muitos aromas de frutas são ésteres

ÉsterÁcido + álcoolOnde aparece
etanoato de etilaácido etanoico + etanolremovedor de esmalte
metanoato de etilaácido metanoico + etanolaroma de rum
etanoato de isopentilaácido etanoico + 3-metilbutan-1-olbanana
butanoato de etilaácido butanoico + etanolabacaxi
etanoato de octilaácido etanoico + octan-1-ollaranja
salicilato de metilaácido salicílico + metanolpomadas (gaultéria)

Reações orgânicas · esterificação

23

Esterificação · duas aplicações importantes

Da aspirina à garrafa PET

Aspirina (AAS)

HO–C₆H₄–COOH + (CH₃CO)₂O → CH₃COO–C₆H₄–COOH + CH₃COOH

Ácido salicílico + anidrido acético → ácido acetilsalicílico + ácido acético. O anidrido substitui o ácido porque o OH do fenol reage mal com ácido carboxílico, e sem formar água a reação não volta.

Poliéster PET

n HOOC–C₆H₄–COOH + n HO–CH₂–CH₂–OH → PET + 2n H₂O

Um diácido e um diálcool se esterificam pelas duas pontas e formam uma cadeia longa, liberando água a cada ligação: é uma polimerização por condensação.

Reações orgânicas · esterificação

24

04

Hidrólise de ésteres

A água quebra o éster de volta em ácido e álcool: é a esterificação ao contrário.

Hidrólise ácida (H⁺)

Hidrólise básica (OH⁻)

Saponificação

Hidrólise · ácida × básica

Mesmo éster, dois caminhos

meio ácido · H⁺

Hidrólise ácida

R–COO–R' + H₂O ⇌ R–COOH + R'–OH

  • Reversível: é o equilíbrio da esterificação
  • Forma o ácido carboxílico
  • Não vai até o fim; excesso de água ajuda

meio básico · NaOH ou KOH

Hidrólise básica

R–COO–R' + NaOH → R–COO⁻Na⁺ + R'–OH

  • Irreversível: vai até o fim
  • Forma o sal do ácido (carboxilato)
  • Com gorduras, chama-se saponificação

Reações orgânicas · hidrólise

26

Hidrólise · meio ácido

Hidrólise ácida: forma ácido + álcool

CH₃–COO–CH₂–CH₃ + H₂O ⇌ CH₃–COOH + HO–CH₂–CH₃

etanoato de etila → ácido etanoico + etanol

H⁺

H–COO–CH₃ + H₂O ⇌ H–COOH + HO–CH₃

metanoato de metila → ácido metanoico + metanol

H⁺

CH₃–CH₂–COO–CH₃ + H₂O ⇌ CH₃–CH₂–COOH + HO–CH₃

propanoato de metila → ácido propanoico + metanol

H⁺

C₆H₅–COO–CH₂–CH₃ + H₂O ⇌ C₆H₅–COOH + HO–CH₂–CH₃

benzoato de etila → ácido benzoico + etanol

H⁺

Reações orgânicas · hidrólise

27

Hidrólise · meio básico

Hidrólise básica: forma sal + álcool

CH₃–COO–CH₂–CH₃ + NaOH → CH₃–COO⁻Na⁺ + HO–CH₂–CH₃

etanoato de etila → etanoato de sódio + etanol

H–COO–CH₃ + NaOH → H–COO⁻Na⁺ + HO–CH₃

metanoato de metila → metanoato de sódio + metanol

C₃H₇–COO–C₂H₅ + KOH → C₃H₇–COO⁻K⁺ + HO–C₂H₅

butanoato de etila → butanoato de potássio + etanol

C₆H₅–COO–CH₃ + NaOH → C₆H₅–COO⁻Na⁺ + HO–CH₃

benzoato de metila → benzoato de sódio + metanol

Reações orgânicas · hidrólise

28

Hidrólise básica · gorduras

Saponificação: como se faz sabão

CH₂–O–CO–R

CH–O–CO–R

CH₂–O–CO–R

triglicerídeo (óleo ou gordura)

+

3 NaOH

soda cáustica

→

CH₂–OH

CH–OH

CH₂–OH

glicerol (glicerina)

+

3 R–COO⁻Na⁺

sabão

Exemplo

3 C₁₇H₃₅–COO⁻Na⁺

Triestearina + 3 NaOH → glicerol + 3 estearato de sódio. Com KOH o sabão sai mais mole (sabão potássico).

Por que limpa

A cadeia longa é apolar e se mistura à gordura; a ponta iônica –COO⁻ se mistura à água. Assim a sujeira sai com o enxágue.

Reações orgânicas · hidrólise

29

Para praticar

Complete e classifique cada reação

a)

CH₃–CH=CH–CH₃ + H₂ → ?

Ni

Produto e tipo de reação?

b)

CH₃–CH₂–CH=CH₂ + HBr → ?

Produto e tipo de reação?

c)

C₆H₆ + HNO₃ → ? + H₂O

H₂SO₄

Produto e tipo de reação?

d)

CH₄ + Br₂ → ? + HBr

luz

Produto e tipo de reação?

e)

CH₃–COOH + CH₃–OH ⇌ ? + H₂O

H⁺

Produto e tipo de reação?

f)

CH₃–CH₂–COO–CH₃ + NaOH → ? + ?

Produto e tipo de reação?

Reações orgânicas · prática

30

Para praticar · respostas

Gabarito

a)

CH₃–CH=CH–CH₃ + H₂ → ?

Ni

CH₃–CH₂–CH₂–CH₃ · butano

adição

b)

CH₃–CH₂–CH=CH₂ + HBr → ?

CH₃–CH₂–CHBr–CH₃ · 2-bromobutano

adição

c)

C₆H₆ + HNO₃ → ? + H₂O

H₂SO₄

C₆H₅–NO₂ · nitrobenzeno

substituição

d)

CH₄ + Br₂ → ? + HBr

luz

CH₃Br · bromometano

substituição

e)

CH₃–COOH + CH₃–OH ⇌ ? + H₂O

H⁺

CH₃–COO–CH₃ · etanoato de metila

esterificação

f)

CH₃–CH₂–COO–CH₃ + NaOH → ? + ?

CH₃–CH₂–COO⁻Na⁺ + CH₃–OH · propanoato de sódio + metanol

hidrólise básica

Reações orgânicas · prática

31

Resumo

As quatro reações lado a lado

ReaçãoQuem reageO que aconteceExemplo
Adiçãoalcenos e alcinosa ligação π se abre; tudo vira um produtoeteno + HCl → cloroetano
Substituiçãoalcanos, aromáticos, haletosum átomo sai, outro entrametano + Cl₂ → clorometano + HCl
Esterificaçãoácido carboxílico + álcooljuntam-se e sai água (reversível)ácido etanoico + etanol ⇌ etanoato de etila + água
Hidrólise ácidaéster + água, H⁺volta a ácido + álcool (reversível)etanoato de etila + água ⇌ ácido etanoico + etanol
Hidrólise básicaéster + NaOH ou KOHforma sal + álcool (irreversível)etanoato de etila + NaOH → etanoato de sódio + etanol

Reações orgânicas · resumo

32

Os slides vivem em 03-reacoes-organicas/ e foram copiados para cá na montagem desta página — ela continua sendo um arquivo único, sem depender de nenhum outro. Se o deck mudar, é preciso copiá-lo de novo.

01 · insaturados

A dupla ligação é um alvo

Numa ligação simples, os dois elétrons ficam entre os núcleos, presos. Na dupla existe um segundo par, a ligação π, que fica em cima e embaixo do plano — exposto, mal segurado, e por isso mais fraco (a primeira ligação C—C vale 348 kJ/mol; a segunda, só mais 263). Qualquer espécie com fome de elétron enxerga esse par de longe e vai nele. O resultado é sempre o mesmo desenho: a dupla vira simples, dois grupos novos se penduram, e a cadeia não quebra. Isso é adição — a reação dos insaturados.

Repare no que a página está fazendo. Ela não consultou uma tabela de produtos prontos. Ela contou os hidrogênios de cada carbono da dupla a partir da estrutura — quatro ligações por carbono, menos o que já está ocupado — e decidiu dali para onde vai o H e para onde vai o halogênio. É exatamente a conta que você vai fazer na prova.

Markovnikov: a regra, e o que ela realmente diz

A frase que todo mundo decora é “o hidrogênio vai para o carbono mais hidrogenado”. Ela funciona, mas é a consequência, não a causa. A causa está no meio do caminho, num íon que dura microssegundos.

Estabilidade do carbocátion

Energia relativa do íon intermediário, kJ/mol

Por que cai. Cada grupo alquila vizinho empurra densidade eletrônica para o carbono positivo e ainda oferece ligações C—H para dividir a carga (hiperconjugação). Mais vizinhos, carga mais espalhada, íon mais estável — e o caminho que passa pelo íon mais estável é o caminho mais rápido.
O detalhe que derruba gente na prova. Markovnikov só tem o que decidir quando os dois carbonos da dupla têm números diferentes de hidrogênio. No but-2-eno os dois têm um H cada: não há “mais hidrogenado”, não há dois produtos, não há regra a aplicar. Teste isso no laboratório acima — a página avisa quando a pergunta não existe.
Markovnikov escreveu isso em 1870, quinze anos antes de alguém propor a existência de carbocátions. Ele enxergou o padrão nos produtos sem ter como explicá-lo. A explicação pelo íon intermediário só veio no século XX — e é ela que vale, porque prevê também os casos em que a regra inverte.

O peróxido inverte tudo — e só com HBr

Com peróxido no frasco, o HBr entra ao contrário: o bromo vai para o carbono mais hidrogenado. Não é exceção arbitrária: com peróxido a reação troca de mecanismo, deixa de passar por carbocátion e passa por radical. E quem manda no radical é a mesma lógica de estabilidade, só que aplicada a outra espécie.

Só o HBr faz isso. Com HCl a etapa radicalar é endotérmica demais e não anda; com HI, a outra etapa é que não anda. O HBr é o único dos três em que as duas etapas de propagação são favoráveis. Se uma questão disser “HCl na presença de peróxido, anti-Markovnikov”, a questão está errada.

O teste que cabe no bolso

Água de bromo é laranja. Alceno e alcino descoram na hora, no escuro, sem catalisador — porque a adição à dupla não precisa de nada além do encontro. Alcano no mesmo tubo continua laranja até você acender a luz. É o teste clássico de insaturação, e ele funciona porque adição e substituição têm exigências diferentes.

02 · saturados e aromáticos

Quando não há alvo, é preciso arrancar

Um alcano não tem π exposto, não tem par isolado, não tem carbono com carga parcial digna do nome: C e H têm eletronegatividades quase iguais. Não existe ponto fraco. Para que alguma coisa aconteça é preciso quebrar uma ligação C—H na marra, e isso custa 400 kJ/mol — energia que vem da luz ultravioleta ou do calor. Quando finalmente acontece, o resultado é outro desenho: um hidrogênio sai, outro átomo entra no lugar dele. Substituição.

A pergunta que o livro não faz: qual hidrogênio?

O propano tem oito hidrogênios. Seis são de carbono primário, dois são do carbono do meio. Se o cloro pegasse qualquer um ao acaso, sairiam 75% de 1-cloropropano e 25% de 2-cloropropano. Não é o que sai. Escolha o alcano e o halogênio abaixo — a página calcula a mistura real a partir da contagem de hidrogênios e da reatividade medida de cada tipo.

Por que o bromo escolhe e o cloro não. O radical Cl• é violento: a reação dele com qualquer C—H já é exotérmica, o estado de transição chega cedo e ainda parece o alcano de partida — ele mal “sente” a diferença entre um H primário e um terciário. O radical Br• é fraco e a etapa é endotérmica: o estado de transição chega tarde e já parece o radical que vai nascer. Aí a diferença de estabilidade entre radical primário e terciário aparece inteira. Reagente mais reativo, menos seletivo: é uma regra geral da Química, e a halogenação é o exemplo mais limpo dela.

O mecanismo em cadeia, com o balanço de energia

Uma única quebra inicial de Cl2 gera milhares de moléculas de produto, porque cada etapa de propagação devolve um radical no fim. A reação só para quando dois radicais se encontram — e encontrar-se é raro, porque eles são pouquíssimos.

O benzeno recusa a adição

Pela fórmula, o benzeno é C6H6: três duplas, altíssima insaturação. Devia descorar água de bromo instantaneamente, como o ciclo-hexeno faz. Não descora. Precisa de FeBr3, e mesmo assim o que sai não é o produto de adição: sai bromobenzeno, produto de substituição, com o anel intacto.

O preço de abrir o anel

kJ/mol de calor liberado na hidrogenação

Como se mede. Hidrogenar o ciclo-hexeno (uma dupla) libera 120 kJ/mol. Se o benzeno fosse só “três ciclo-hexenos”, devia liberar 360. Libera 208. A diferença — cerca de 150 kJ/mol — é a energia de ressonância: o desconto que o anel ganha por ter os seis elétrons π espalhados em vez de presos em três pares. Somar é o que a adição destrói; por isso ela não acontece.
Leia a barra como um orçamento. A adição ao benzeno teria de pagar 150 kJ/mol só para começar, e o produto final nem é mais estável. A substituição não paga nada: o H sai, o grupo novo entra, e no fim o anel aromático continua lá, inteiro. Entre destruir um sistema estabilizado e trocar um hidrogênio, a molécula troca o hidrogênio.
Onde isso cai. “O benzeno, por ser muito insaturado, sofre reações de adição com facilidade” é uma das alternativas falsas mais frequentes em prova. O certo é o contrário, e o motivo tem nome e número: ressonância, ≈150 kJ/mol.

Onde o segundo grupo vai parar

No benzeno puro os seis hidrogênios são idênticos — tanto faz qual sai. Num benzeno já substituído, não: o grupo que já está lá decide as duas coisas que interessam. Ele decide se o anel fica mais ou menos reativo, e decide em que posição o próximo entra. Escolha um grupo e um eletrófilo.

A regra em uma linha. Quem empurra elétron para dentro do anel (—OH, —NH2, —CH3, —OCH3) ativa o anel e manda o próximo grupo para orto e para. Quem puxa elétron para fora (—NO2, —SO3H, —COOH, —CHO) desativa o anel e manda o próximo para meta. Os halogênios são a exceção que confirma: desativam (são eletronegativos e puxam pela ligação σ) mas ainda assim orientam orto/para (têm pares isolados e devolvem por ressonância). Dois efeitos opostos no mesmo átomo, cada um vencendo em uma coisa.

03 · o caminho de volta

A adição filmada de trás para frente

Se a adição pega uma dupla e pendura dois grupos, a eliminação faz o contrário: arranca dois grupos de carbonos vizinhos e paga a conta fabricando uma dupla. É assim que se produz alceno em laboratório — e é assim que a indústria fabrica eteno, a molécula mais produzida do planeta. Duas reagentes clássicas, e em ambas a condição decide o produto.

Os dois pares de condições que mais derrubam

Não é decoreba gratuita: em cada par, mudar um detalhe muda o tipo da reação, não só o produto.

Saytzeff: a dupla nasce onde já tem gente

Quando há mais de um hidrogênio vizinho disponível, sai preferencialmente o alceno mais substituído — aquele com mais grupos alquila presos à dupla. Não é uma segunda regra a decorar: é a mesma ideia de sempre, estabilidade. Cada alquila na dupla estabiliza a molécula, e a reação prefere o caminho que leva ao produto mais estável.

04 · esterificação e hidrólise

O ácido que cheira mal e o éster que cheira bem

O ácido butanoico é o cheiro de manteiga rançosa, de queijo velho, de vômito — é literalmente o composto que o seu nariz usa para dizer “não coma isso”. Junte ele com etanol e uma gota de ácido sulfúrico e você obtém abacaxi. Mesmo esqueleto de carbono, mesmos átomos quase todos, e o cheiro vira o oposto. Esterificação é a reação mais sensorial da Química Orgânica — e também a mais honesta sobre equilíbrio, porque ela nunca termina.

A regra de montagem, em uma frase. Sai a OH inteira do ácido e sai o H do álcool. Esses três átomos vão embora juntos como água, e o que sobra dos dois pedaços se une. O nome do éster segue a mesma ordem da montagem: o ácido dá o início (etanoato, butanoato, benzoato) e o álcool dá o fim (de metila, de etila, de isoamila).

Como se sabe qual oxigênio sai

Por que a água leva o oxigênio do ácido, e não o do álcool? Os dois jeitos dão exatamente o mesmo éster e a mesma água — no papel, são indistinguíveis. A resposta não veio de raciocínio: veio de um experimento com isótopo, e é um dos mais elegantes da química.

O teto: por que a esterificação nunca chega a 100%

Esterificação é reversível, e a constante é pequena — perto de 4 para ácido acético com etanol. Misture 1 mol de cada e a reação para em 66,7%. Não é rendimento ruim de laboratório: é onde o equilíbrio fica. Arraste o controle e veja as duas saídas que Le Chatelier oferece.

1 : 11 : 51 : 10
O ácido sulfúrico faz dois serviços. Ele é catalisador — protona a carbonila e deixa o carbono mais vulnerável ao ataque do álcool — e é desidratante, sequestrando a água que vai se formando. O primeiro serviço acelera; o segundo desloca o equilíbrio. São coisas diferentes, e trocar uma pela outra é erro clássico de prova: catalisador nunca muda a posição do equilíbrio, só a velocidade com que ela é atingida.

O caminho de volta, e o atalho sem volta

Hidrólise é a esterificação lida ao contrário: o éster mais água devolvem o ácido e o álcool. Em meio ácido é literalmente a mesma reação andando para trás — mesmo equilíbrio, mesma constante, mesmo teto. Em meio básico alguma coisa muda, e muda de forma definitiva.

Por que a saponificação não volta. A base não só quebra o éster: ela tira o próton do ácido carboxílico assim que ele nasce, transformando-o em ânion carboxilato. Carboxilato é uma base fraca e um péssimo eletrófilo — não tem como ser atacado pelo álcool de volta. A última etapa é uma reação ácido-base, rapidíssima e essencialmente irreversível, e ela retira o produto do jogo. Não existe “equilíbrio da saponificação”: existe uma reação que vai até o fim porque a volta foi amputada.

O sabão é um éster hidrolisado

Gordura é triéster: três ácidos graxos pendurados num glicerol. Cozinhe com soda e você hidrolisa os três de uma vez — sai glicerol e saem três sais de ácido graxo. Esses sais são o sabão, e a razão de eles lavarem está inteira no desenho: uma ponta iônica que adora água, um rabo de 16 carbonos que odeia.

05 · a reação que move tudo

Toda combustão termina no mesmo lugar

Não importa quão complicada seja a molécula orgânica: com oxigênio suficiente, ela acaba como CO2 e H2O. Isso torna a combustão a reação mais fácil de balancear da Orgânica — o produto é sempre conhecido, só falta a conta. E torna a comparação entre combustíveis uma pergunta puramente numérica, que a página responde abaixo com valores medidos, não com opinião.

A fórmula fechada. Para CxHyOz em combustão completa, o coeficiente do O2 é x + y/4 − z/2. Os carbonos viram CO2 (x deles), os hidrogênios viram água (y/2 moléculas), e o oxigênio que já estava na molécula desconta do oxigênio que você precisa soprar. É por isso que o etanol, que já traz um oxigênio embutido, queima com menos ar — e também por isso que ele libera menos energia por grama.

Qual combustível é melhor? Depende do que você está perguntando

Três perguntas diferentes, três campeões diferentes. A tabela é de valores medidos de entalpia-padrão de combustão; as duas últimas colunas são divisões feitas na hora, a partir dela.

O resultado que costuma surpreender. Por unidade de energia entregue, etanol e gasolina emitem praticamente o mesmo CO2 — cerca de 64 g por megajoule, os dois. A vantagem ambiental do etanol não está na chama: está no fato de o carbono que sai do escapamento ter sido tirado do ar pela cana poucos meses antes, enquanto o da gasolina estava enterrado havia milhões de anos. É um argumento sobre o ciclo do carbono, não sobre a estequiometria da queima. Quem troca uma coisa pela outra numa redação de vestibular perde ponto com razão.

Quando falta oxigênio

A conta muda, a chama muda de cor e o produto muda de perigo. Selecione “incompleta” no laboratório acima para ver a equação, mas o que está em jogo é isto:

06 · oxidação controlada

Parar a queima no meio do caminho

Combustão é oxidação levada ao fim: sobra CO2. Mas dá para oxidar um pouco — tirar hidrogênio, colocar oxigênio, e parar. O que decide onde a reação para não é o oxidante: é a estrutura do que você tem na mão. Um álcool com dois hidrogênios no carbono da hidroxila pode ser oxidado duas vezes. Um com um hidrogênio, uma vez. Um sem nenhum hidrogênio ali não oxida — e esse é o teste que distingue os três.

Conte os hidrogênios do carbono da hidroxila

É a única pergunta que existe nessa história. Tudo o mais é consequência dela.

A oxidação como detetive

Oxidação enérgica quebra a molécula exatamente na dupla. Se você não sabe onde a dupla estava, oxide, veja o que sobrou nos pedaços e monte de volta — a posição da dupla sai por dedução. É assim que a estrutura de moléculas naturais foi determinada durante décadas, antes da ressonância magnética.

Por que o bafômetro é laranja antes e verde depois

O bafômetro clássico é uma oxidação de álcool primário acontecendo dentro de um tubo — e a mudança de cor não é do etanol, é do crômio. O dicromato Cr2O72− é laranja; ao oxidar o etanol ele mesmo se reduz a Cr3+, que é verde. Quanto mais etanol no sopro, mais longe no tubo o verde avança.

07 · artilharia pesada

ITA · IME · graduação

Duas reações que constroem ligação carbono‑carbono

Tudo até aqui modificou um esqueleto que já existia: trocou um hidrogênio, abriu uma dupla, pendurou um oxigênio. Nenhuma delas aumentou a cadeia. Para fazer uma molécula grande a partir de pedaços pequenos é preciso soldar carbono em carbono — e isso é difícil, porque carbono não é atraído por carbono. As duas reações desta seção resolvem esse problema de maneiras opostas, e por isso são a base da síntese orgânica. Estão fora do currículo padrão do Ensino Médio; aparecem no ITA, no IME e em algumas provas de Medicina mais duras.

Grignard: o carbono que vira nucleófilo

Num haleto R—Cl, o carbono é o lado positivo da ligação: o cloro é mais eletronegativo e puxa. Agora troque o cloro por magnésio. O magnésio é um metal, muito menos eletronegativo que o carbono — e a polaridade da ligação inverte. O mesmo carbono que era alvo passa a ser atirador. É a jogada central da reação, e ela tem nome: inversão de polaridade.

Uma gota de água mata o reagente. O carbono do Grignard é uma base fortíssima — muito mais forte que OH−. Qualquer hidrogênio ácido no frasco (água, álcool, ácido carboxílico, até a amina) é arrancado antes de qualquer outra coisa, e o reagente vira alcano inútil. É por isso que Grignard se prepara em éter anidro, com vidraria seca em estufa e atmosfera de nitrogênio. Selecione “água” no laboratório acima para ver o desastre acontecer.

Friedel-Crafts: pendurar carbono no anel

O benzeno aceita substituição eletrofílica — visto na seção 02. Friedel e Crafts descobriram em 1877 que dá para fazer o eletrófilo ser um carbono, usando AlCl3 para arrancar o cloro de um haleto e gerar um carbocátion no meio do frasco. Existem duas versões, e a segunda existe porque a primeira dá errado de três maneiras.

Os três defeitos da alquilação

Não são detalhes: são os motivos pelos quais nenhum químico sintético usa alquilação de Friedel-Crafts quando tem alternativa.

A saída elegante. Quer propilbenzeno de cadeia reta? Não alquile. Acile com cloreto de propanoíla — a acilação não rearranja, porque o cátion acílio é estabilizado por ressonância e não precisa se mexer — e depois reduza a carbonila a CH2 com zinco amalgamado em HCl (redução de Clemmensen) ou com hidrazina em base (Wolff-Kishner). Dois passos em vez de um, e o produto certo em vez de uma mistura.

08 · o mapa

De onde saio, para onde chego

As sete seções anteriores viram uma única coisa quando você para de lê-las como capítulos e passa a lê-las como setas. Toda questão de síntese — “obtenha X a partir de Y” — é um problema de achar caminho neste mapa. Clique numa função para ver tudo o que sai dela, com o reagente que faz cada seta.

Estou com isto na mão

Como usar numa questão de síntese. Leia o alvo, não o ponto de partida. Pergunte “que seta chega nisso?” e recue um passo de cada vez. Álcool terciário? Só chega por Grignard com cetona. Ácido carboxílico? Chega por oxidação de álcool primário, por oxidação enérgica de alceno, por hidrólise de éster ou por Grignard com CO2. Escolher entre elas é escolher qual delas parte do que você tem.

09 · treino

Quatro baterias, 30 questões

Cada alternativa errada foi construída em cima de um erro específico — ao marcar, a página diz qual foi e por quê. Nas baterias A e B a estrutura dos produtos é desenhada pelo mesmo motor que você usou nos laboratórios, a partir das moléculas reais. Seu progresso fica salvo neste navegador.

0/30 certas · 0/30 respondidas

Bateria A · que tipo de reação é essa?

Oito equações. Antes de olhar o nome, olhe o desenho: a cadeia cresceu, encurtou ou ficou igual? A insaturação apareceu ou sumiu? Quantos produtos saíram?

Bateria B · qual é o produto principal?

Oito reações montadas. Markovnikov, Saytzeff, seletividade radicalar e classe de álcool — tudo o que decide qual produto é o majoritário.

Bateria C · a condição decide

Seis pares em que o substrato é o mesmo e só a condição muda. É aqui que a maior parte dos pontos se perde.

Bateria D · no estilo das bancas

Oito questões contextualizadas, no formato de Enem e vestibular.

10 · confira na fonte

De onde vem cada número desta página

Entalpias de combustão, energias de ligação, constantes de equilíbrio e reatividades relativas não são invenção de livro didático: são medidas, com incerteza e com referência. Os links abaixo levam à fonte de cada um.