Reações de substituição em hidrocarbonetos

Os hidrocarbonetos são compostos formados somente por átomos de carbono e hidrogênio, sendo subdivididos em:

• Alcanos (possuem somente ligações simples entre carbonos);
• Alcenos (possuem pelo menos uma ligação dupla entre carbonos);
• Alcinos (possuem pelo menos uma ligação tripla entre carbonos);
• Cíclicos (hidrocarbonetos de cadeia fechada);
• Aromáticos (possuem pelo menos um anel benzênico).

Esses hidrocarbonetos podem passar por reações de substituição orgânica, em que um de seus hidrogênios (ou mais de um) é substituído por outro átomo ou grupo de átomos. As principais reações de substituição que ocorrem com os hidrocarbonetos são: halogenação, nitração e sulfonação.

Os hidrocarbonetos são também chamados de pafínicos, do latim parum affinis, que significa “pouca afinidade”. Isso significa que esses compostos são pouco reativos e, em razão desse fato, as suas reações ocorrem com dificuldade, sendo necessário o uso de altas temperaturas, catalisadores, luz ultravioleta etc.

1. Halogenação: Nesse tipo de reação, o hidrocarboneto reage com as substâncias simples dos halogênios: F2, Cl2, Br2 e I2. No entanto, podemos dizer que elas se resumem na cloração (Cl2) e na bromação (Br2). Isso acontece porque o flúor é muito reativo e reage tão violentamente que destrói a molécula orgânica, por outro lado, o iodo nem chega a reagir.

• Exemplo de monocloração do metano:

        H                                H
        │                                │    
H ─ C ─ H + Cl ─ Cl → H ─ C ─ Cl + HCl
      │                                  │
      H                                  H

Se houver excesso de cloro, calor e luz UV, a reação pode continuar, substituindo os demais hidrogênios da molécula:

CH₄ → CH₃Cl → CH₂Cl → CHCl → CCl

• Exemplo de monocloração do metilbutano:

Nesse caso, um átomo de hidrogênio é substituído por um átomo de cloro. Mas existem várias possibilidades na molécula, por isso, o produto é uma mistura de vários produtos obtidos em porcentagens diferentes:

Reação de monocloração do metilbutano

O primeiro produto mostrado acima é o que é obtido em maior porcentagem, porque o hidrogênio substituído está ligado a um carbono terciário. Verifica-se que os hidrogênios ligados a carbonos terciários saem com maior facilidade, depois os ligados aos carbonos secundários e, por último, os ligados aos carbonos primários.

2. Nitração: A nitração ocorre entre o hidrocarboneto e o ácido nítrico, em que um hidrogênio é substituído pelo grupo NO₂.

• Exemplo de nitração do metano:

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Reação de nitração com a formação de nitrometano

• Exemplo de nitração do benzeno:

Reação de nitração do benzeno com a formação do nitrobenzeno

3. Sulfonação: Esse tipo de reação ocorre entre um hidrocarboneto e o ácido sulfúrico, em que o hidrogênio é substituído pelo grupo SO₃H.

• Exemplo de monossulfonação do metano:

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Reação de sulfonação do metano

• Exemplo de sulfonação do benzeno:

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Reação de sulfonação do benzeno com formação do ácido benzenossulfônico