Setas curvas e arrow pushing: as regras, os padrões e como praticar
Resposta curta: uma seta curva mostra um par de elétrons se movendo. Ela começa nos elétrons: um par isolado, uma ligação π ou uma ligação σ. Ela termina onde eles vão: em um átomo, como novo par isolado, ou entre dois átomos, como nova ligação. Uma seta em anzol move um elétron. Para praticar, abra a prática de mecanismos com setas, gratuita, toque onde cada seta começa e termina e clique em Verificar resposta.
O que é arrow pushing
Arrow pushing é o modo como os químicos mostram como uma reação acontece, uma etapa por vez. Cada seta curva move elétrons. Ligações se formam onde pares de elétrons chegam entre átomos, e se rompem onde os pares saem.
Um nucleófilo é uma espécie rica em elétrons que doa um par de elétrons, como HO⁻, NH₃, CN⁻ ou uma ligação π C=C. Um eletrófilo é uma espécie pobre em elétrons que recebe um par, como um carbocátion, o carbono da C=O, H⁺ ou NO₂⁺. As setas sempre vão do nucleófilo para o eletrófilo.
As regras
- Setas movem elétrons, não átomos. Uma seta completa (ponta de dois lados) move dois elétrons. Uma seta em anzol (ponta de um lado) move um.
- A cauda fica sobre elétrons. Comece em um par isolado, uma ligação π ou uma ligação σ. Nunca comece em uma carga positiva, um orbital vazio ou um átomo de H isolado.
- A ponta mostra para onde os elétrons vão. Terminar em um átomo forma um par isolado. Terminar entre dois átomos forma uma ligação.
- Respeite os octetos. C, N e O comportam no máximo oito elétrons. Se um par chega a um átomo que já está completo, outra seta precisa afastar um par dele na mesma etapa.
- As cargas seguem as setas. Um átomo que usa seu par isolado para formar uma ligação fica uma unidade mais positivo. Um átomo que ganha um par isolado fica uma unidade mais negativo.
- A carga total se conserva. Some as cargas antes e depois. Elas precisam bater.
Carga formal = elétrons de valência − elétrons não ligantes − número de ligações. Use-a para conferir cada átomo depois de desenhar as setas.
Setas completas e setas em anzol
| Seta curva completa | Move um par de elétrons. Usada em reações polares: ácidos e bases, nucleófilos e eletrófilos, SN1, SN2, E1, E2, adições e eliminações. |
|---|---|
| Seta em anzol | Move um elétron. Usada em reações radicalares. Romper uma ligação de forma homogênea (homólise) exige duas setas em anzol, uma para cada átomo. |
| Seta de reação (→) | Separa os materiais de partida dos produtos. Não é uma seta curva. |
| Seta de ressonância (↔) | Liga dois desenhos da mesma espécie. Nenhuma reação acontece. |
Padrões comuns de setas
Quase todo mecanismo é construído a partir de poucos padrões.
| Transferência de próton | Par isolado da base → H; ligação H–A → A. Exemplo: HO⁻ + HCl → H₂O + Cl⁻. |
|---|---|
| Ataque nucleofílico | Par isolado ou ligação π → átomo eletrofílico. Exemplo: água + (CH₃)₃C⁺. |
| Saída de um grupo de saída | Ligação C–X → X. Exemplo: (CH₃)₃C–Br → (CH₃)₃C⁺ + Br⁻. |
| SN2 | Nucleófilo → C e C–X → X, ao mesmo tempo. |
| Adição à C=O | Nucleófilo → C e π da C=O → O. |
| E2 | Base → H β, C–H → C–C (nova ligação π), C–X → X. |
| Rearranjo de carbocátion | Ligação C–H ou C–C → o C⁺ vizinho. |
| Pericíclica | Setas em ciclo fechado, como na reação de Diels–Alder. |
| Radicalar | Setas em anzol, um elétron por seta. |
Como usar a ferramenta de prática
- Abra a prática de mecanismos com setas.
- Escolha um Nível (Introdutório, Intermediário ou Avançado) e um Tipo de reação, ou deixe os dois em todos.
- Leia a equação e a linha que diz quantas setas desenhar.
- Toque no início de uma seta: um par de pontos (par isolado), uma ligação ou um ponto único (elétron desemparelhado). Depois toque no átomo ou na ligação para onde os elétrons vão.
- Em etapas radicalares, clique em Anzol (1 e⁻) antes de desenhar.
- Clique em Verificar resposta. Cada seta errada recebe sua própria mensagem. Remova-a com ×, ou use Desfazer ou Limpar.
- Clique em Dica se travar, ou em Mostrar resposta para ver as setas corretas em laranja, o produto e o porquê. Depois clique em Próxima etapa.
As setas podem ser desenhadas em qualquer ordem. A ferramenta também aceita desenhos equivalentes, como uma seta de par isolado que termina na ligação que forma em vez de no átomo. Seu progresso fica salvo no navegador; Zerar progresso o apaga.
Exemplos resolvidos
1. SN2: hidróxido e bromometano
HO⁻ + CH₃Br → CH₃OH + Br⁻. A seta 1 vai de um par isolado do O⁻ até o carbono. A seta 2 vai da ligação C–Br até o bromo. O oxigênio passa de −1 a 0, e o bromo de 0 a −1. Uma seta sozinha daria ao carbono cinco ligações, então as duas são necessárias.
2. E2: hidróxido e bromoetano
Seta 1: par isolado do O⁻ até um hidrogênio do carbono vizinho à C–Br. Seta 2: essa ligação C–H para dentro da ligação C–C, que vira a ligação π. Seta 3: a ligação C–Br até o bromo. O produto é eteno, água e brometo. A segunda seta termina na ligação, não no átomo de carbono.
3. Adição aldólica
O enolato CH₂=CH–O⁻ ataca o acetaldeído. Seta 1: o par isolado do O⁻ refaz a C=O. Seta 2: a ligação π C=C ataca o carbono do aldeído, formando a nova ligação C–C. Seta 3: a ligação π C=O do aldeído vai para o seu oxigênio, gerando um alcóxido.
4. Cloração radicalar do metano
Cl• + CH₄ → HCl + •CH₃ usa três setas em anzol. Um elétron do Cl• e um da ligação C–H se emparelham na ligação H–Cl. O outro elétron da C–H fica no carbono como radical metila.
5. Deslocamento 1,2 de hidreto
Um carbocátion secundário vizinho a uma C–H vira terciário. Uma seta vai da ligação C–H até o carbono positivo. O hidrogênio se move com seus dois elétrons, como hidreto. Se a seta terminasse na ligação C–C, descreveria uma eliminação.
Tabela-resumo
| Etapa | Setas · variação de carga |
|---|---|
| Transferência de próton | 2 · a base ganha +1, o A do ácido ganha −1 |
| Ionização SN1 | 1 · o C fica +, o grupo de saída − |
| SN2 | 2 · nucleófilo +1, grupo de saída −1 |
| Adição à C=O | 2 · o O fica − |
| E2 | 3 · grupo de saída −1 |
| Formação do enolato | 3 · o O fica − |
| Substituição eletrofílica aromática | 2 para atacar, 2 para perder H⁺ |
| Diels–Alder | 3 em ciclo · sem cargas |
| Abstração radicalar | 3 setas em anzol · sem cargas |
Erros comuns
- Setas ao contrário. Desenhar do eletrófilo para o nucleófilo, ou do H⁺ para a base.
- Começar em uma carga +. Um carbocátion não tem elétrons para doar.
- Ligações demais. Atacar um carbono completo sem afastar um par gera um carbono com cinco ligações.
- Romper a ligação errada da C=O. Nas adições, só a ligação π vai para o oxigênio.
- Pontas de seta vagas. Uma seta que para no meio do caminho não diz se forma uma ligação ou um par isolado.
- Setas completas em etapas radicalares, ou setas em anzol em etapas polares.
- Esquecer de atualizar as cargas. Reconte cada átomo que uma seta tocou.
Dicas para provas
- Desenhe todos os pares isolados nos átomos que reagem. Os corretores procuram a cauda em um par isolado.
- Comece cada seta exatamente no par isolado ou na ligação e termine exatamente no átomo ou na ligação.
- Escreva as cargas em todos os intermediários. Cargas faltando costumam custar pontos.
- Na SN2, mostre o ataque pelo lado oposto ao grupo de saída.
- Na E2, desenhe o H e o grupo de saída antiperiplanares.
- Confira a estabilidade de qualquer carbocátion que você formar e procure um deslocamento de hidreto ou metila.
- Aprenda os padrões, não reações isoladas. A maioria dos mecanismos de prova combina três ou quatro deles.
Perguntas e respostas
O que significa uma seta curva em química?
Uma seta curva mostra um par de elétrons se movendo durante uma etapa da reação. A cauda é onde os elétrons estão agora, e a ponta é onde eles terminam. Os átomos não seguem a seta; só os elétrons.
Uma seta curva pode começar em uma carga positiva?
Não. Uma carga positiva significa que o átomo tem falta de elétrons, então não tem nenhum para doar. As setas apontam para centros positivos, como um carbocátion ou o carbono δ+ da C=O, nunca saem deles.
Quando uso uma seta em anzol?
Use a seta em anzol, com ponta de um lado só, quando um único elétron se move. Isso acontece em reações radicalares: homólise do Cl₂ ou Br₂ sob luz, abstração de hidrogênio por um radical halogênio e adição radicalar a alcenos. Romper uma ligação de forma homogênea exige duas setas em anzol.
Por que a seta vai do nucleófilo para o eletrófilo?
O nucleófilo é rico em elétrons e fornece o par de elétrons que forma a nova ligação. O eletrófilo é pobre em elétrons e o recebe. Como as setas seguem os elétrons, elas sempre vão do nucleófilo para o eletrófilo, e de uma ligação para o grupo de saída.
Quantas setas cada etapa do mecanismo precisa?
Tantas quantos forem os pares de elétrons que se movem. A saída de um grupo de saída precisa de uma. SN2 e adição à C=O precisam de duas. E2 e formação de enolato precisam de três. A reação de Diels–Alder precisa de três setas em ciclo. Uma adição de Michael a partir de um enolato precisa de quatro.
Como confiro se minhas setas estão certas?
Aplique cada seta e redesenhe o produto. Cada átomo deve manter um octeto razoável, as cargas formais devem decorrer das setas e a carga total não pode mudar. A prática de mecanismos com setas do MolDraw, gratuita, faz essa conferência por você em 35 etapas reais.
Qual a diferença entre uma seta curva e uma seta de ressonância?
Uma seta curva move elétrons dentro de estruturas ou entre elas. Uma seta reta de duas pontas (↔) liga estruturas de ressonância, que são dois desenhos da mesma molécula, não uma reação. As setas curvas desenhadas em uma forma de ressonância mostram como passar de um desenho ao outro.