Desenhe o mecanismo reacional para as seguintes reações:
Reação do benzeno com cloreto de propila e \mathrm{AlCl}_{3}

Passo 1

O enunciado pede: "Desenhe o mecanismo reacional para as seguintes reações: Reação do benzeno com cloreto de propila e \mathrm{AlCl_3}".
Informações dadas e implicadas (tudo que temos para trabalhar):
  • Reagentes: benzeno (escrito aqui como \mathrm{C_6H_6}) e cloreto de propila (vou representar como \mathrm{CH_3CH_2CH_2Cl}).
  • Catalisador: \mathrm{AlCl_3} (um ácido de Lewis).
  • O pedido é o mecanismo reacional (isto é: passos detalhados que mostram como as ligações se formam/quebram, as espécies intermediárias e como se obtém o produto).
  • Não há outras restrições no enunciado (como solvente, temperatura, etc.), então assumimos as condições típicas de uma reação de Friedel–Crafts de alquilação.

Passo 2

O que acontece, em palavras simples (visão geral antes de entrar nos desenhos passo a passo):
  • \mathrm{AlCl_3} atua como ácido de Lewis: aceita um par de elétrons do cloro do cloreto de propila e “ativa” o haleto, facilitando a formação de um carbocátion (espécie eletrofílica).
  • O benzeno, rico em elétrons π, vai atacar esse eletrofílico formando um complexo σ (o chamado íon arenio ou complexo de Wheland), que perde um próton para restabelecer a aromaticidade e dar o produto alquilado.
  • Há uma complicação importante: o carbocátion primário \mathrm{CH_3CH_2CH_2^+} é pouco estável e costuma sofrer rearranjo (transferência de hidreto) para formar um carbocátion secundário mais estável \mathrm{(CH_3)_2CH^+}. Isso altera o produto final possível (n-propilbenzeno versus isopropilbenzeno).

Passo 3

Passo A — ativação do haleto pelo ácido de Lewis e geração do eletrofílico: explicação e equações.
  • Conceito curto: ácido de Lewis = aceita par de elétrons; o átomo de cloro do haleto tem pares de elétrons que podem coordenar a \mathrm{Al} de \mathrm{AlCl_3}. Essa coordenação facilita a heterólise da ligação C–Cl.
  • Reação em duas etapas conceituais (vou escrever as etapas como equações simplificadas):
\mathrm{CH_3CH_2CH_2Cl + AlCl_3 \rightleftharpoons CH_3CH_2CH_2Cl\cdot AlCl_3}
(isto é, formação de um complexo coordenado). Em seguida, há ionização parcial/heterólise formando o carbocátion (ou um par iônico intimamente associado):
\mathrm{CH_3CH_2CH_2Cl\cdot AlCl_3 \longrightarrow CH_3CH_2CH_2^+ + AlCl_4^-}
  • Observação didática: o que escrevemos como \mathrm{CH_3CH_2CH_2^+} pode ser, na prática, um carbocátion livre ou um par iônico muito próximo; mas para entender o mecanismo de ataque ao benzeno é suficiente pensar num eletrofílico \mathrm{R^+}.

Passo 4

Passo B — estabilidade de carbocátions e razão do rearranjo (aula curta sobre carbocátions).
  • O carbocátion é um carbono com apenas seis elétrons na sua camada de valência e com carga positiva. Quanto mais subtituído por grupos alquila ele for, mais estável: ordem de estabilidade típica é \text{terciário}>\text{secundário}>\text{primário}ááá.
  • Nosso carbocátion inicial é primário: \mathrm{CH_3CH_2CH_2^+} (pouco estável). Ele pode sofrer uma migração de hidreto (hydride shift) do carbono vizinho para dar um carbocátion secundário \mathrm{(CH_3)_2CH^+}, que é mais estável. O deslocamento do hidreto ocorre porque reduz a energia do intermediário e é rápido quando favorecido.
  • Escrevendo o rearranjo:
\mathrm{CH_3CH_2CH_2^+ \xrightarrow{\text{hydride shift}} (CH_3)_2CH^+}
  • Conclusão: na prática, o eletrofílico que atacará o benzeno pode ser tanto o carbocátion primário (produzindo n-propilação) quanto, frequentemente, o secundário após rearranjo (produzindo isopropilação). O secundário costuma ser predominante.

Passo 5

Passo C — ataque do anel benzênico (formação do complexo σ ou íon de Wheland).
  • Conceito: o benzeno tem um par de elétrons π distribuídos. Um dos pares π pode atacar o carbocátion eletrofílico, formando uma nova ligação C–C entre o anel e o radical alquila. Isso rompe temporariamente a aromaticidade do anel, gerando um íon arenio (complexo σ) que é estabilizado por ressonância.
  • Esquema geral do ataque (colocando \mathrm{R^+} para o eletrofílico que pode ser primário ou secundário):
\mathrm{C_6H_6 + R^+ \longrightarrow [C_6H_6R]^+}
onde [C_6H_6R]^+ é o íon σ (arenio).
  • Explicação do que é esse íon σ: é um carbocátion localizado no anel (o carbono que foi atacado agora tem quatro ligações e a carga positiva se espalha por várias estruturas ressonantes do anel). É um intermediário estável o suficiente para existir brevemente, mas quer voltar à aromaticidade.

Passo 6

Passo D — restauração da aromaticidade (desprotonação) e regeneração do catalisador.
  • Para recuperar a aromaticidade, o íon σ perde um próton do mesmo carbono que formou a ligação \mathrm{C–R}. Esse próton é captado por uma base presente no meio — tipicamente o ânion \mathrm{AlCl_4^-} ou outra base disponível — formando \mathrm{HCl} e regenerando \mathrm{AlCl_3}.
  • Reações simplificadas:
\mathrm{[C_6H_6R]^+ + AlCl_4^- \longrightarrow C_6H_5R + HAlCl_4}
e, frequentemente representado como a formação de \mathrm{HCl} e regeneração:
\mathrm{H^+ + AlCl_4^- \longrightarrow HCl + AlCl_3}
  • Resultado: obtém-se o produto alquilado (alquilbenzeno) e o \mathrm{AlCl_3} é regenerado para catalisar mais ciclos.

Passo 7

Passo E — resumo dos possíveis caminhos e produtos para este caso concreto (cloreto de propila).
  • Caminho direto (sem rearranjo): geração de \mathrm{CH_3CH_2CH_2^+} seguido de ataque do benzeno → produto: n-propilbenzeno ( \mathrm{C_6H_5CH_2CH_2CH_3}).
  • Caminho com rearranjo: geração inicial de \mathrm{CH_3CH_2CH_2^+} seguido de hydride shift → \mathrm{(CH_3)_2CH^+}. Esse carbocátion secundário ataca o benzeno → produto: isopropilbenzeno (cumeno, \mathrm{C_6H_5CH(CH_3)_2}).
  • Em geral, devido à maior estabilidade do carbocátion secundário, o produto predominante costuma ser o isopropilbenzeno (cumeno). Também é comum ocorrer polialquilação se houver excesso de eletrofílico / condições favoráveis. Para favorecer monoalquilação usa-se excesso de benzeno.

Passo 8

Passo F — “desenho” do mecanismo em forma de equações passo a passo (modo textual com setas e espécies explícitas). Este bloco é a sequência reacional que, se fosse desenhada com curvas de flecha, corresponderia às mesmas etapas:
  1. Coordenação e ionização:
\mathrm{CH_3CH_2CH_2Cl + AlCl_3 \rightleftharpoons CH_3CH_2CH_2Cl\cdot AlCl_3 \longrightarrow CH_3CH_2CH_2^+ + AlCl_4^-}
  1. Possível rearranjo (hydride shift):
\mathrm{CH_3CH_2CH_2^+ \xrightarrow{\text{hydride shift}} (CH_3)_2CH^+}
  1. Ataque do benzeno (formação do íon σ):
\mathrm{C_6H_6 + (CH_3)_2CH^+ \longrightarrow [C_6H_6\!-\!CH(CH_3)_2]^+}
(ou, se não houve rearranjo, substitua (CH_3)_2CH^+ por \mathrm{CH_3CH_2CH_2^+} e o produto intermediário será o correspondente ao n-propil).
  1. Desprotonação e restauração da aromaticidade:
\mathrm{[C_6H_6R]^+ + AlCl_4^- \longrightarrow C_6H_5R + HCl + AlCl_3}
  • Aqui R = \mathrm{CH_2CH_2CH_3} (se sem rearranjo) ou R = \mathrm{CH(CH_3)_2} (se com rearranjo). O produto isolado mais comum é o derivado isopropílico (cumeno), por causa do rearranjo para o carbocátion secundário.

Resposta

Produto(s) principais: isopropilbenzeno (cumeno, \mathrm{C_6H_5CH(CH_3)_2}) como predominante (por rearranjo do carbocátion primário) e possível formação de n-propilbenzeno ( \mathrm{C_6H_5CH_2CH_2CH_3}).

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