- Dê a equação da orto-monossulfonação do tolueno.
Passo 1
O enunciado pede: “Dê a equação da orto-monossulfonação do tolueno.”
Informações relevantes fornecidas ou implícitas: tenho o reagente inicial tolueno, quero a reação de monossulfonação (ou seja, só um grupo introduzido) e especificamente o isómero orto (o grupo
na posição orto em relação ao grupo metila). Não foi dada a condição experimental, então posso usar os reagentes típicos para sulfonação aromática (ácido sulfúrico concentrado ou
/ oleum) como fonte do eletrófilo.
Informações relevantes fornecidas ou implícitas: tenho o reagente inicial tolueno, quero a reação de monossulfonação (ou seja, só um grupo
Passo 2
Conceito básico — o que é “sulfonação aromática” e qual é o eletrófilo?
A sulfonação de um anel aromático é uma substituição eletrofílica aromática: o anel aromático ataca um eletrófilo muito eletrofílico que insere o grupo sulfonila . O eletrófilo normalmente é o trióxido de enxofre
(presente em “oleum” / ácido sulfúrico fumegante) ou espécies ativadas derivadas dele. Esquematicamente:
A sulfonação de um anel aromático é uma substituição eletrofílica aromática: o anel aromático ataca um eletrófilo muito eletrofílico que insere o grupo sulfonila
onde “Ar-SO
H” é o produto monossulfonado.
Passo 3
Direção eletrônica — por que o tolueno dá orto/para?
O grupo metila do tolueno doa densidade eletrônica por efeito indutivo leve e estabiliza intermediários carbocátionicos nos posições orto e para. Isso faz com que o metilo seja um grupo ativador e orto/para-diretor: o anel tende a reagir preferencialmente nas posições orto ou para. Portanto, a formação do isómero orto é perfeitamente plausível e corresponde à substituição do hidrogênio em uma posição orto por
.
O grupo metila
Passo 4
Mecanismo resumido (passo a passo didático, sem pular etapas):
- Geração do eletrófilo: em oleum ou
+ , existe livre ou espécies protonadas que funcionam como eletrófilo forte, por exemplo ou uma espécie do tipo . Escrevemos simplesmente o eletrófilo como . - Ataque eletrofílico: o par π do anel aromático do tolueno ataca
na posição orto, formando um complexo σ (carbocátion intermedio) em que a aromaticidade é temporariamente perdida. Representação simbólica:
- Rearranjo/ressonâncias: o complexo σ é estabilizado por ressonância (o carbocátion fica deslocalizado sobre o anel).
- Desprotonação e rearomatação: uma base (por exemplo
no meio) remove o protão da posição atacada, restaurando a aromaticidade e gerando o produto monossulfonado orto, o-toluenosulfonato ou o-toluenesulfonic acid dependendo do estado protonado. Esquematicamente:
Passo 5
Fórmula molecular e estequiometria do produto monossulfonado orto (explicando contagem de átomos para balancear a equação final):
- Tolueno tem fórmula
. - O grupo sulfonila monoprotonado
tem fórmula . Quando se substitui um hidrogênio do anel por , o produto tem fórmula global (que pode ser escrito estruturalmente como o-toluenosulfonic acid: orto- - - ). - Uma forma comum de escrever a reação global de monossulfonação é considerar
como doadora de e contabilizar a água formada. Balanceando átomos (C, H, S, O) obtemos a estequiometria:
reactante + → produto sulfonado ( ) + .
Eu não vou repetir a equação final aqui (conforme pedido), mas essa é a lógica de balanceamento: um fornece o grupo e uma molécula de água é produzida.
Passo 6
Condições práticas e observações rápidas para a prova (o que escrever se pedirem reagente/condição):
- Reagentes usuais: ácido sulfúrico concentrado ou
em ácido sulfúrico (oleum / fuming ). - Produto esperado: mistura orto/para em muitos casos; para “orto-monossulfonação” especifica-se que isolamos o isómero orto, escrito como o-toluenosulfonic acid (
). - Na resposta da prova, escreva a equação global balanceada indicando tolueno, ácido sulfúrico (ou
em oleum) e o produto orto + água.