Arranje os seguintes compostos em ordem crescente de reatividade ante uma reação de nitração do anel aromático.
a) benzeno, clorobenzeno, nitrobenzeno
b) trifluorometilbenzeno, benzeno, tolueno

Passo 1

O enunciado pede que eu arranje, em ordem crescente de reatividade para uma reação de nitração do anel aromático, os conjuntos:
  • (a) benzeno, clorobenzeno, nitrobenzeno.
  • (b) trifluorometilbenzeno, benzeno, tolueno.
Informações dadas (lista explícita das espécies a comparar):
  • Para (a): \mathrm{benzeno}, \mathrm{clorobenzeno}, \mathrm{nitrobenzeno}.
  • Para (b): \mathrm{trifluorometilbenzeno} (vou escrever como \mathrm{CF_3}-benzeno), \mathrm{benzeno}, \mathrm{tolueno}.
Não vou resolver nada neste passo — só deixei claro o que é pedido e quais compostos estão sendo comparados.

Passo 2

O que significa “reatividade ante uma nitração do anel aromático”?
  • Nitração aromática é uma reação do tipo substituição eletrofílica aromática (EAS) onde o eletrofílico é \mathrm{NO_2^+}.
  • A reatividade do anel numa EAS depende de quanto o substituinte já presente no anel aumenta ou diminui a densidade eletrônica do anel. Quanto maior a densidade eletrônica do anel, mais fácil é o ataque do eletrofílico \mathrm{NO_2^+} e maior a reatividade.
  • Portanto, para comparar reatividade eu preciso avaliar se cada substituinte é doador (ativa o anel) ou retirador de elétrons (desativa o anel) e por que mecanismo (indução, ressonância, hiperconjugação).

Passo 3

Rápido lembrete do mecanismo relevante (didático e útil na prova):
  • Primeiro passo importante (etapa determinante da velocidade) é o ataque do anel ao eletrofílico formando o complexo sigma (íon arenio, também chamado de complexo de Wheland). Esse intermediário perde a aromaticidade localmente; quanto mais estabilizado, mais fácil formá-lo.
  • Depois vem perda de um próton e restauração da aromaticidade.
  • Conclusão prática: grupos que estabilizam o complexo sigma (aumentam densidade eletrônica no anel ou estabilizam a carga positiva no intermediário) aumentam reatividade; grupos que retiram densidade eletrônica desestabilizam o intermediário e diminuem reatividade.

Passo 4

Conceitos de efeitos eletrônicos (explicados com calma):
  • Efeito indutivo ( \pm I): é um efeito através das ligações sigma causado pela eletronegatividade dos átomos. Ex.: átomos muito eletronegativos atraem densidade eletrônica pela ligação (efeito retirador -I).
  • Efeito de ressonância ( \pm R ou \pm M): é a doação ou retirada de elétrons através de orbitais \pi conjugados (lone pairs ou grupos com múltipla ligação). Ex.: \mathrm{NO_2} retira por ressonância ( -R); \mathrm{OMe} doa por ressonância ( +R).
  • Hiperconjugação: doação fraca de elétrons por ligações C–H adjacentes a um anel (importante para grupos alquila como metilo).
  • Importante: a direção de substituição (orto/para vs meta) e a intensidade (ativa/desativa) são conceitos relacionados mas distintos. Um grupo pode ser desativante e ainda assim dirigir orto/para (caso dos halogênios).

Passo 5

Analiso cada substituinte do item (a) e vejo seus efeitos no anel:
  • \mathrm{nitrobenzeno} (substituinte \mathrm{NO_2}):
    • \mathrm{NO_2} é um forte retirador de elétrons por ressonância e por indução ( -R e -I).
    • Pela ressonância, o grupo puxa densidade eletrônica do anel, e nas estruturas ressonantes o anel fica com carga positiva parcial melhor distribuída em posições que tornam o complexo sigma menos estável.
    • Resultado prático: \mathrm{NO_2} desativa fortemente o anel para EAS (nitração fica muito mais lenta). É também diretor meta.
    • Conclusão parcial: \mathrm{nitrobenzeno} terá baixa reatividade.
  • \mathrm{clorobenzeno} (substituinte \mathrm{Cl}):
    • Cloro é eletronegativo → atrai por indução ( -I), o que tende a desativar o anel.
    • Mas Cl tem pares livres que podem participar por ressonância doando elétrons ao anel ( +R). Essa doação por ressonância estabiliza o carbocátion intermediário nas posições orto/para.
    • No balanço, o efeito indutivo retirador predomina em magnitude sobre a doação ressonante: Cl é, no total, um grupo desativante (reduz a velocidade de EAS em comparação com o benzeno), porém é orto/para-diretor por causa do (+R).
    • Conclusão parcial: \mathrm{clorobenzeno} é menos reativo que o \mathrm{benzeno}, mas mais reativo que \mathrm{nitrobenzeno} (porque Cl não retira tanto quanto \mathrm{NO_2}).
  • \mathrm{benzeno}: referência padrão. Não doa nem retira por ressonância; serve como base para comparar.

Passo 6

Comparação (a) por raciocínio direto:
  • \mathrm{nitrobenzeno} é fortemente desativado → menor reatividade.
  • \mathrm{clorobenzeno} é moderadamente desativado (por -I do Cl) → reatividade menor que \mathrm{benzeno} mas maior que \mathrm{nitrobenzeno}.
  • \mathrm{benzeno} é o mais reativo do trio porque não tem substituinte que retire densidade.
    Portanto, ordem crescente de reatividade (do menos reativo para o mais reativo) é: \mathrm{nitrobenzeno} < \mathrm{clorobenzeno} < \mathrm{benzeno}.

Passo 7

Agora analiso os substituintes do item (b):
  • \mathrm{tolueno} (substituinte \mathrm{CH_3}, metil):
    • Metil doa densidade ao anel por hiperconjugação e por leve efeito indutivo doador ( +I fraco).
    • Isso aumenta a densidade eletrônica do anel e estabiliza o complexo sigma formado na EAS, tornando a nitratação mais rápida comparada ao benzeno.
    • Conclusão parcial: \mathrm{tolueno} é ativado — é o mais reativo entre os três aqui.
  • \mathrm{trifluorometilbenzeno} (substituinte \mathrm{CF_3}):
    • \mathrm{CF_3} é fortemente retirador por indução ( -I) porque os átomos de flúor são muito eletronegativos.
    • Não há efeito de ressonância do tipo doador (não existem pares disponíveis para doar que se conjugam com o anel). Logo é fortemente desativante.
    • Conclusão parcial: \mathrm{CF_3}-benzeno é menos reativo que o benzeno; provavelmente o menos reativo do trio.
  • \mathrm{benzeno} novamente é a referência intermediária.

Passo 8

Comparação (b) por raciocínio direto:
  • \mathrm{trifluorometilbenzeno} ( \mathrm{CF_3}-) retira muito por indução → menos reativo.
  • \mathrm{benzeno} é referência.
  • \mathrm{tolueno} ( \mathrm{CH_3}-) doa por hiperconjugação → mais reativo.
    Ordem crescente: \mathrm{trifluorometilbenzeno} < \mathrm{benzeno} < \mathrm{tolueno}.

Passo 9

Esclarecimento sobre confusões comuns (dica de prova):
  • Direcionamento (orto/para ou meta) não é o mesmo que ativação/desativação. Por exemplo, o cloro é orto/para-diretor, mas é desativante. Sempre pense separadamente: (i) que direção o substituinte favorece e (ii) como ele influencia a velocidade (estabiliza ou desestabiliza o intermediário).
  • Na prova, ao comparar reatividade para EAS: identifique se o grupo é doador ou retirador e por qual mecanismo; use isso para prever se o complexo sigma será mais ou menos estável que no benzeno.

Passo 10

Resumo final e motivação rápida: você já tem a regra prática — grupos que doam elétrons (ex.: \mathrm{CH_3}, \mathrm{OMe}, grupos alquila em geral) aumentam reatividade; grupos que retiram elétrons (ex.: \mathrm{NO_2}, \mathrm{CF_3}, halogênios por -I) diminuem — só lembre que halogênios têm comportamento misto ( -I forte, +R fraco).

Resposta

\text{(a) }\mathrm{nitrobenzeno} < \mathrm{clorobenzeno} < \mathrm{benzeno}
\text{(b) }\mathrm{trifluorometilbenzeno} < \mathrm{benzeno} < \mathrm{tolueno}

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