Escreva os mecanismos das reações de substituição eletrofílica aromática abaixo listadas e diga quem é o eletrófilo em cada reação.
Benzeno +\mathrm{HNO}_{3} ( +\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} como catalisador) \rightarrow nitro-benzeno ;

Passo 1

O enunciado pede o mecanismo de uma substituição eletrofílica aromática (SEAr) em que o benzeno reage com \mathrm{HNO}_3 em presença de ácido sulfúrico para dar nitrobenzeno. O conteúdo é nitratação aromática e vamos precisar ( 1) gerar o eletrófilo a partir de \mathrm{HNO}_3 e \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4, ( 2) atacar o anel aromático com esse eletrófilo e ( 3) desprotonar para restaurar a aromaticidade.

Passo 2

Geração do eletrófilo: o ácido sulfúrico protona o ácido nítrico e promove a saída de água, formando o íon nitronium. Em bloco:
\mathrm{HNO}_3 + \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 \longrightarrow \underbrace{\mathrm{NO}_2^+}_{\text{eletrófilo}} + \mathrm{HSO}_4^- + \mathrm{H_2O}.ó

Passo 3

Ataque do benzeno no nitronium: o anel, rico em elétrons \pi, doa densidade eletrônica para o \mathrm{NO}_2^+, formando o complexo \sigma (íon de Wheland). Em linhas gerais:
\mathrm{C_6H_6} + \mathrm{NO}_2^+ \;\longrightarrow\; [\mathrm{C_6H_6\!-\!NO_2}]^+.
Nesse passo, o anel perde temporariamente a aromaticidade.

Passo 4

Desprotonação e rearomatização: uma base (por exemplo \mathrm{HSO}_4^- ou outra molécula de \mathrm{H_2O}) retira um próton do carbono ligado ao \mathrm{NO}_2, restaurando o sistema aromático e formando o nitrobenzeno:
[\mathrm{C_6H_6\!-\!NO_2}]^+ + \mathrm{HSO}_4^- \longrightarrow \mathrm{C_6H_5NO_2} + \mathrm{H_2SO_4}.

Resposta

O eletrófilo dessa reação é o íon nitronium, \mathrm{NO}_2^+.

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