06- Suponha que você tenha de sintetizar m-cloroetilbenzeno a partir de benzeno.
Você pode começar pela cloração de benzeno e entảo seguir com uma alquilação de Friedel-Crafts usando \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{Cl} \mathrm{e} \mathrm{AlCl}_{3}, ou você pode começar com uma alquilaçăo de Friedel-Crafts seguida por cloraçăo. Nenhum método irá fornecer o produto desejado, entretanto.
(b) Existe um método em três etapas que irá funcionar se as etapas forem feitas na ordem certa. Qual é esse método?

Passo 1

O que o enunciado pede: sintetizar o composto «meta-cloroetilbenzeno» a partir de benzeno usando reações de substituição eletrofílica/aromática. Pergunta específica: existe um método em três etapas que funcione se as etapas forem feitas na ordem certa? Qual é esse método?
Informações fornecidas (peguei da imagem enviada):
  • O ponto de partida é o anel benzênico simples (benzeno).
  • O produto desejado é um benzeno substituído por um grupo \mathrm{Cl} e um grupo \mathrm{CH_2CH_3} em posição meta um em relação ao outro.
Observação: o enunciado já avisa que as sequências de duas etapas (1) cloração seguida de alquilação de Friedel–Crafts e (2) alquilação de Friedel–Crafts seguida de cloração NÃO levam ao produto meta desejado. Nos próximos passos vou explicar por que isso acontece e então mostrar a sequência de três etapas que funciona, com a teoria necessária.

Passo 2

Por que as sequências de duas etapas falham — explicação didática e intuitiva (sem pular etapas):
  • Direcionamento eletrofílico em aromáticos: um substituinte no anel influencia onde o próximo eletrofilo atacará. Substituintes “doadores” de elétrons (ativantes) tendem a dirigir para posições orto e para; substituintes “retiradores” (desativantes por ressonância) tendem a dirigir para a posição meta.
  • Caso 1 — cloração primeiro: cloração de benzeno dá clorobenzeno. O \mathrm{Cl} é desativante por efeito indutivo, mas por ressonância é um diretivo orto/para (porque doa elétrons por pares). Logo, se depois tentar fazer uma alquilação de Friedel–Crafts, o ataque ocorrerá em orto/para relativos ao \mathrm{Cl}, não em meta. Além disso, clorobenzeno é menos reativo que benzeno, então a alquilação pode ser difícil.
  • Caso 2 — alquilação primeiro: a alquilação de Friedel–Crafts introduz um grupo etil (ou isómero por rearranjo), que é ativante e dirige substituições para orto/para; assim a cloração subsequente dará majoritariamente orto/para, não meta. Além disso, Friedel–Crafts alquilação sofre com rearranjos e policombinações, tornando o controle difícil.
Conclusão: para obter uma substituição meta em relação a um grupo que você quer no produto final, é útil ter no anel um grupo que DIRIJA META enquanto você instala o outro substituinte; esse grupo deve ser tolerante às etapas seguintes e depois removível/transformável ao substituinte final.

Passo 3

Escolha do método (visão geral intuitiva):
  • Ideia útil: em vez de instalar primeiro o grupo etil diretamente (que dirige orto/para), instalar primeiro um grupo acilo (por Friedel–Crafts acilação). O grupo acilo \mathrm{-COR} (ex.: \mathrm{-COCH_3}) é desativante e DIRECIONA META. Depois disso, faz-se a halogenação: o \mathrm{-COCH_3} dirige a cloração para a posição meta. Por fim, transforma-se o grupo acilo em grupo etil pela redução do carbono carbonílico (redução do grupo carbonila a metileno), obtendo o etil ligado ao anel. Essa é a estratégia em três etapas que dá certo.
Em uma linha: acilação (introduz \mathrm{COCH_3}) → cloração (vai ao meta) → redução do carbonilo (transforma \mathrm{COCH_3} em \mathrm{CH_2CH_3}).

Passo 4

Passo 1 da síntese (detalhes e por que funciona): Friedel–Crafts acilação
  • Reação: benzene \xrightarrow{\mathrm{CH_3COCl/AlCl_3}} acetofenona ( \mathrm{PhCOCH_3}, também chamada de acetofenona ou fenilmetilcetona).
  • Conceito e mecanismo (resumido didaticamente): o agente de Lewis \mathrm{AlCl_3} gera um íon acilio ( \mathrm{RCO^+}, na prática um íon acílio estabilizado), que é o eletrófilo que ataca o anel aromático. A acilação não sofre rearranjo (ao contrário da alquilação), e o produto é uma cetona ligada ao anel (acetofenona).
  • Por que é vantajoso: o grupo \mathrm{COCH_3} é desativante por ressonância (retira densidade eletrônica do anel via conjugação), logo dirige substituições eletrofílicas futuras para a posição meta. Portanto, depois desta etapa o anel está preparado para receber um cloro na posição meta relativamente ao grupo acilo.

Passo 5

Passo 2 da síntese (detalhes e por que dá meta): cloração eletrofílica da acetofenona
  • Reação: \mathrm{PhCOCH_3} \xrightarrow{\mathrm{Cl_2/FeCl_3}} m\text{-}\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{PhCOCH_3} (meta-cloroacetofenona).
  • Por que o substituinte acil dirige para meta: quando o anel tem um grupo carbonila ligado ( \mathrm{CO}\!-), as possíveis carbocações intermédias (complexos sigma) formadas por ataque em orto/para posicionariam a carga positiva adjacente ao grupo carbonila, o que é menos estável por ressonância (desfavorable). Em contraste, o ataque na posição meta evita essa desestabilização por ressonância; portanto o produto meta é favorecido. Em termos práticos: a cloração de acetofenona fornece majoritariamente o isômero meta.
  • Observação prática: usa-se \mathrm{Cl_2/FeCl_3} (ou similar) em condições de halogenação aromática.

Passo 6

Passo 3 da síntese (transformar o grupo acilo em etil): redução do carbonilo
  • Reação típica: m\text{-}\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{PhCOCH_3} \xrightarrow{\text{Wolff–Kishner } (\mathrm{NH_2NH_2},\mathrm{KOH},\Delta)} m\text{-}\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{PhCH_2CH_3}.
  • Alternativa prática: redução Clemmensen \left(\mathrm{Zn(Hg)},\mathrm{HCl}\right) também converte a cetona em metileno, dando o mesmo produto. Escolha entre Wolff–Kishner e Clemmensen dependendo de sensibilidades do substrato (Wolff–Kishner é fortemente básico e em alta temperatura; Clemmensen é em meio ácido reacional). Em muitos problemas de prova basta citar uma dessas reduções clássicas.
  • O que ocorre quimicamente: a dupla ligação C=O é removida (reduzida) e substituída por um grupo metileno \mathrm{CH_2}, de modo que o fragmento \mathrm{COCH_3} vira \mathrm{CH_2CH_3} ligado ao anel — ou seja, a cetona vira um grupo etil ligado ao anel (etilbenzeno substituído).

Passo 7

Resumo final (reação global, reagentes e lógica):
    1. Friedel–Crafts acilação: benzene \xrightarrow{\mathrm{CH_3COCl/AlCl_3}} \mathrm{PhCOCH_3} (acetofenona).
    1. Cloração aromática: \mathrm{PhCOCH_3} \xrightarrow{\mathrm{Cl_2/FeCl_3}} m\text{-}\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{PhCOCH_3}.
    1. Redução do carbonilo (Wolff–Kishner ou Clemmensen): m\text{-}\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{PhCOCH_3} \xrightarrow{\mathrm{NH_2NH_2},\mathrm{KOH},\Delta\\ \text{o}\\ \mathrm{Zn(Hg),HCl}} m\text{-}\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{PhCH_2CH_3} (meta-cloroetilbenzeno).
Dica encorajadora: a sequência acilação → halogenação → redução do carbonilo é uma técnica clássica para obter substituições meta quando o grupo final desejado é um alquila (ou outro grupo que seja orto/para-diretor se instalado diretamente). A acilação “instala” um controlador meta e evita os problemas de rearranjo da alquilação direta.

Resposta

  1. \mathrm{C_6H_6}\xrightarrow{\mathrm{CH_3COCl/AlCl_3}}\mathrm{PhCOCH_3} (acetofenona).
  2. \mathrm{PhCOCH_3}\xrightarrow{\mathrm{Cl_2/FeCl_3}} m\text{-}\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{PhCOCH_3}.
  3. m\text{-}\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{PhCOCH_3}\xrightarrow{\mathrm{Wolff\text{-}Kishner\\ or\\ Clemmensen}}\; m\text{-}\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{PhCH_2CH_3} (meta-cloroetilbenzeno).

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