24.39 Como você prepararia a benzilamina, \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{NH}_{2}, a partir do benzeno? É necessária mais de uma etapa.

Passo 1

O enunciado pede: partir do benzeno e, em mais de uma etapa, preparar a benzilamina.
Informações/dados claros do problema:
  • Substrato inicial: \mathrm{C}_6\mathrm{H}_6 (benzeno).
  • Produto desejado: \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{NH}_2 (benzilamina).
  • É necessária mais de uma etapa.

Passo 2

Escolha da estratégia (sem calcular nada ainda): devo transformar o anel aromático neutro em uma cadeia com grupo amino ligado ao carbono benzílico (o carbono da cadeia ligado ao anel). Uma via direta de substituição no anel daria anilina ( \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{NH}_2), que não é o alvo. Logo preciso criar primeiro um grupo ligado ao carbono benzílico (grupo -\mathrm{CH}_2\!-) convertido depois em -\mathrm{CH}_2\mathrm{NH}_2. Uma rota clássica e simples em laboratório é:
  1. introduzir um grupo metila no anel para obter tolueno ( \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_3), ou fazer diretamente uma clorometilação para obter um haleto benzílico;
  2. oxidar ou (preferível) brominar seletivamente a posição benzílica para obter um haleto benzílico ( \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{Br});
  3. substituir o haleto por amina usando amônia ( \mathrm{NH}_3) — reação de nucleófilo sobre haleto benzílico — para obter benzilamina.
    Vou usar a sequência: \mathrm{C}_6\mathrm{H}_6 \to tolueno \to benzil brometo \to benzilamina, porque usa reações básicas que a prova costuma cobrar e são fáceis de explicar.

Passo 3

Passo 1 da síntese: transformar \mathrm{C}_6\mathrm{H}_6 em tolueno \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_3.
Reação e reagentes práticos: reação de alquilação de Friedel–Crafts com cloreto de metila e catalisador \mathrm{AlCl}_3:
\mathrm{C}_6\mathrm{H}_6 + \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl} \xrightarrow{\mathrm{AlCl}_3} \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_3.
Aula curta sobre o que está acontecendo: a reação de Friedel–Crafts gera um carbocátion (ou um complexo eletrofílico ativado pelo \mathrm{AlCl}_3) que ataca o anel aromático formando o produto alquilado. O anel doa elétrons para o eletrofílico e, depois, há rearomatização. Pontos importantes para a prova:
  • Use prótons ou \mathrm{AlCl}_3 anidro e condições controladas; a reação pode levar a poli-alquilação (múltiplas metilações) se não controlar equivalentes e tempo.
  • Alternativa: metilação de Friedel–Crafts também pode ser feita com dimetil sulfato ou metanol em presença de ácido forte, mas a rota acima é a mais clássica.

Passo 4

Passo 2 da síntese: transformar o grupo metila benzílico em um haleto benzílico ( \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{Br}).
Reação e reagentes práticos: bromação radical seletiva no carbono benzílico usando \mathrm{NBS} (brometo de N-bromossuccinimida) em presença de radical iniciador (luz ou peróxido), que gera benzil brometo:
\mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_3 \xrightarrow{\mathrm{NBS},\, h\nu\,\text{ou peróxido}} \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{Br}.ó
Aula curta sobre por que \mathrm{NBS} e radicales: o \mathrm{NBS} é usado para se obter bromação especificamente na posição benzílica (substituição radicalar na cadeia), porque o radical benzílico é estabilizado por ressonância. Reações de halogenação por radical no carbono alifático são geralmente pouco seletivas, mas na presença de \mathrm{NBS} e condições suaves a benzylicação é favorecida. Outra opção (menos controlada) seria cloração radicalar de tolueno com \mathrm{Cl}_2/h\nu ou bromação com \mathrm{Br}_2/h\nu; \mathrm{NBS} é mais seletivo para a posição benzílica.

Passo 5

Mecanismo simplificado do passo 2 (para fixar a ideia):
  • Iniciação: formam-se radicais (por luz ou peróxido).
  • Abstração de H benzílico: o radical ativo abstrai um H do grupo -\mathrm{CH}_3 formando um radical benzílico \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2^{\bullet}.
  • Captura do radical benzílico pelo bromo (fornecido por \mathrm{NBS}), formando \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} e regenerando um radical que continua a cadeia.
    Conceito-chave: o radical benzílico é estabilizado por ressonância, por isso essa posição é especialmente reativa em halogenações radicais.

Passo 6

Passo 3 da síntese: converter \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} em benzilamina \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{NH}_2.
Reação e reagentes práticos: substituição nucleofílica com amônia em excesso (em solvente como etanol) para substituir Br por \mathrm{NH}_2:
\mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{NH}_3 \xrightarrow{\text{EtOH},\\ \text{excesso }\mathrm{NH}_3} \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{NH}_2 + \mathrm{HBr}.
Explicação didática do mecanismo: o haleto benzílico é um bom substrato para reação S_\mathrm{N}2 porque o centro benzílico é primário e o grupo benzílico estabiliza a transição; assim a amônia ataca o carbono ligado ao bromo e desloca o bromo. Coisas práticas para a prova:
  • Use excesso de \mathrm{NH}_3 para favorecer formação da amina primária e reduzir formação de aminas secundárias/terciárias (porque benzilamina também pode reagir com haleto formando aminas secundárias, etc.).
  • O produto inicialmente pode ser isolado como sal de amônio ( \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{NH}_3^+ \mathrm{Br}^-); depois faz-se tratamento com base (por exemplo \mathrm{NaOH} aquoso) para libertar a amina livre \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{NH}_2.

Passo 7

Cuidados práticos e alternativas (útil para a prova e para evitar pegadinhas):
  • Polialquilação em Friedel–Crafts: controlar equivalentes de \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl} e tempo para evitar que tolueno seja novamente alquilado. Outra alternativa inicial é usar reação de alquilação via eteno ( \mathrm{C}_2\mathrm{H}_4) catalisada, mas não é necessária aqui.
  • Em vez de fazer primeiro tolueno, existe a rota direta chamada reação de Blanc (clorometilação) que dá diretamente \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{Cl} a partir de \mathrm{C}_6\mathrm{H}_6, usando formaldeído e \mathrm{HCl} com \mathrm{ZnCl}_2. Essa rota é mais direta, mas pode dar polimerização e necessidades de controle cuidadoso; por isso optei pela via via tolueno + \mathrm{NBS} que é didaticamente mais clara.
  • Alternativa para transformar -\mathrm{CH}_3 em -\mathrm{CH}_2\mathrm{NH}_2: oxidar \mathrm{CH}_3 a \mathrm{CH}_2\mathrm{OH} e então convertê-lo em haleto e depois em amina — mais passos e reagentes diferentes; por simplicidade preferi a rota radical com \mathrm{NBS}.
  • Isolamento final: após reação com \mathrm{NH}_3, pode-se acidificar para separar impurezas, depois basificar para liberar a amina livre e destilar ou extrair para purificar a benzilamina.

Passo 8

Resumo pedagógico das razões para cada etapa (para decorar para a prova):
  • Não queremos amina ligada diretamente ao anel (anilina), queremos amina no carbono benzílico. Logo, primeiro criar grupo alquílico ligado ao anel.
  • O haleto benzílico é um ótimo substrato para substituição por \mathrm{NH}_3 (produz \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{NH}_2).
  • Reações escolhidas: Friedel–Crafts para introduzir metila; NBS para seletiva bromação benzílica; S_\mathrm{N}2 com \mathrm{NH}_3 para formar a amina.

Resposta

\mathrm{C}_6\mathrm{H}_6 \xrightarrow{\mathrm{CH}_3\mathrm{Cl},\,\mathrm{AlCl}_3} \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_3 \xrightarrow{\mathrm{NBS},\,h\nu} \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} \xrightarrow{\text{excesso }\mathrm{NH}_3} \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{CH}_2\mathrm{NH}_2.

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