Reações Orgânicas — SN1, SN2, E1, E2 e Adição

As reações orgânicas ficam mais fáceis de classificar quando você pergunta o que mudou. Se um grupo em um carbono $sp^3$ foi substituído, pense em substituição. Se uma nova ligação pi se formou, pense em eliminação. Se átomos foram adicionados a uma ligação $C=C$ ou $C\equiv C$ já existente, pense em adição.

Na maioria das questões iniciais de química orgânica, essa primeira divisão já reduz as opções para SN1, SN2, E1, E2 ou adição. Depois, verifique as condições: se há um grupo de saída, se o carbono reativo é primário, secundário ou terciário, se há uma base forte ou um nucleófilo forte presente e se a formação de um carbocátion é realista.

Como Diferenciar Rapidamente SN1, SN2, E1, E2 e Adição

Tipo	O que muda	Frequentemente favorecida quando	Ideia central
SN1	o grupo de saída é substituído	o substrato pode formar um carbocátion relativamente estável	substituição em duas etapas
SN2	o grupo de saída é substituído	o substrato não é muito impedido e um bom nucleófilo pode atacar diretamente	substituição em uma etapa
E1	forma-se uma ligação pi	um carbocátion pode se formar e a eliminação compete depois que esse intermediário aparece	eliminação em duas etapas
E2	forma-se uma ligação pi	uma base forte remove um hidrogênio beta enquanto o grupo de saída sai	eliminação em uma etapa
Adição	átomos se adicionam a uma ligação pi	a molécula inicial já tem uma ligação $C=C$ ou $C\equiv C$	a ligação pi se transforma em novas ligações sigma

Esta tabela é um guia, não uma lei. O resultado real depende do substrato, do reagente, do solvente e, às vezes, da temperatura.

Uma Regra Rápida de Decisão Que Geralmente Funciona

• Se a molécula inicial tem um grupo de saída em um carbono $sp^3$, a principal disputa costuma ser entre substituição e eliminação.
• Se a molécula inicial já tem uma ligação pi e nenhum grupo de saída é central no problema, adição é o melhor primeiro palpite.
• Se o carbono reativo é primário, SN2 costuma ser mais plausível do que SN1.
• Se o carbono reativo é terciário, a SN2 normal fica bloqueada, então a competição mais comum é entre SN1, E1 ou E2, dependendo das condições.
• Se há uma base forte presente e existe um hidrogênio beta disponível, E2 se torna muito mais provável.

O Que Cada Tipo de Reação Realmente Significa

SN1

SN1 significa substituição nucleofílica unimolecular. A etapa lenta envolve apenas o substrato, porque o grupo de saída sai primeiro e forma um carbocátion.

Isso torna a SN1 mais plausível quando o carbocátion seria relativamente estável, especialmente em muitos substratos terciários. Se um rearranjo tornar o carbocátion mais estável, o produto pode mudar.

SN2

SN2 significa substituição nucleofílica bimolecular. O nucleófilo ataca ao mesmo tempo que o grupo de saída sai, então a reação acontece em uma única etapa.

Como o ataque precisa alcançar diretamente o carbono reativo, o impedimento estérico importa muito. Substratos primários costumam favorecer SN2 muito mais do que os terciários, e substratos terciários não sofrem SN2 normal nesse carbono tão impedido.

E1

E1 significa eliminação unimolecular. Assim como a SN1, ela começa com a saída do grupo de saída para formar um carbocátion. Depois, uma base remove um hidrogênio beta, e uma ligação pi se forma.

Como SN1 e E1 passam por um carbocátion, elas frequentemente competem sob condições semelhantes. O aquecimento muitas vezes torna a eliminação mais importante, mas isso é uma tendência, não uma garantia.

E2

E2 significa eliminação bimolecular. Em uma única etapa concertada, uma base remove um hidrogênio beta enquanto o grupo de saída sai e a ligação pi se forma.

A E2 é comum quando há uma base forte presente e um hidrogênio beta disponível. Em substratos secundários e terciários, uma base forte frequentemente direciona a reação para E2 em vez de substituição.

Adição

As reações de adição geralmente começam com um alceno ou alcino. Em vez de perder um grupo, a molécula ganha novos átomos ao longo da ligação pi.

Um exemplo comum em cursos introdutórios é a adição de $HBr$ a um alceno. A ligação dupla se rompe, e os átomos do reagente acabam nos dois carbonos que antes estavam ligados por dupla ligação.

A Intuição Que Faz Essas Reações Fazerem Sentido

A forma mais rápida de entender essas reações é perguntar o que a molécula é estruturalmente capaz de fazer.

Se há um grupo de saída em um carbono saturado, a molécula pode substituir esse grupo ou remover um hidrogênio vizinho e formar uma ligação pi. Se já existe uma ligação pi, a molécula pode reagir por adição a essa ligação. Essa única pergunta estrutural separa a maioria dos problemas de iniciantes antes mesmo de você pensar em setas curvas.

Depois disso, pergunte se o reagente está agindo mais como nucleófilo ou mais como base. Nucleófilos fortes geralmente favorecem substituição. Bases fortes geralmente favorecem eliminação. Alguns reagentes podem fazer as duas coisas, então o substrato e as condições decidem qual caminho vence.

Exemplo Resolvido: Por Que o 2-Bromopropano Frequentemente Dá E2

Considere o $2$-bromopropano reagindo com etóxido de sódio, $\mathrm{NaOEt}$, em etanol.

Comece pelo substrato. O carbono ligado ao bromo é secundário, então tanto substituição quanto eliminação são possíveis em princípio.

Agora verifique o reagente. O etóxido é uma base forte e também um bom nucleófilo. Em um substrato secundário, isso já faz da E2 uma forte candidata.

Em seguida, pergunte do que a E2 precisa. Ela precisa de um grupo de saída e de um hidrogênio beta. Esta molécula tem os dois, então a eliminação pode acontecer em uma única etapa.

Em condições comuns de sala de aula, a E2 costuma ser prevista como a via principal, especialmente se houver aquecimento. O produto orgânico é o propeno, porque a base remove um hidrogênio beta enquanto o brometo sai na mesma etapa.

Por que este exemplo importa:

• um substrato secundário significa que uma competição real é possível
• uma base forte torna a eliminação mais provável
• a formação de um alceno identifica a reação como eliminação, não substituição

Se você mudar o substrato ou o reagente, a previsão pode mudar. Um substrato primário menos impedido tornaria a SN2 muito mais competitiva.

Erros Comuns ao Classificar Reações Orgânicas

Tratar Base Forte e Nucleófilo Forte Como a Mesma Coisa

Alguns reagentes podem atuar como ambos. O substrato importa tanto quanto. Um nucleófilo forte com um substrato primário frequentemente aponta para SN2, enquanto uma base forte com um substrato mais impedido frequentemente aponta para E2.

Supor Que Terciário Significa Automaticamente SN1

Substratos terciários não podem fazer SN2 normal, mas isso não significa que vão automaticamente por SN1. Com uma base forte, E2 costuma ser a melhor previsão.

Esquecer Que SN1 e E1 Compartilham um Carbocátion

Se um carbocátion se forma, rearranjos podem se tornar possíveis, e substituição e eliminação podem competir. É por isso que esses dois mecanismos costumam ser discutidos juntos.

Chamar Toda Reação com Alceno de Adição

Adição exige que átomos sejam adicionados à ligação pi. Se a reação cria a ligação dupla em vez disso, então é eliminação.

Onde Esses Tipos de Reações Orgânicas São Usados

Esses tipos de reação são a base da síntese orgânica introdutória e dos problemas de mecanismo. Eles ajudam você a prever:

• se uma molécula se torna mais substituída ou mais insaturada
• se um reagente provavelmente vai substituir um grupo de saída ou remover um hidrogênio
• como as condições da reação mudam o produto principal
• por que o mesmo substrato pode se comportar de forma diferente com reagentes diferentes

Eles também importam além das provas. As mesmas ideias ajudam químicos a planejar rotas de um esqueleto carbônico para outro.

Tente um Problema Parecido de Classificação

Pegue um substrato com grupo de saída, como o $1$-bromobutano, e pergunte como a previsão muda se você o combinar com cianeto de sódio, etóxido de sódio ou água. Mudar apenas uma condição de cada vez é uma das formas mais rápidas de fazer SN1, SN2, E1 e E2 parecerem lógicas em vez de decoradas. Se quiser uma continuação próxima, compare esta página com substituição nucleofílica.