Escreva os mecanismos das reações de substituição eletrofílica aromática abaixo listadas e diga quem é o eletrófilo em cada reação.
Benzeno +\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} conc. \rightarrow ácido benzenosulfônico

Passo 1

O enunciado pede o mecanismo de sulfonação do benzeno, que é uma reação de substituição eletrofílica aromática. Aqui vamos mostrar: ( 1) como se gera o eletrófilo a partir de ácido sulfúrico concentrado; ( 2) ataque do anel ao eletrófilo e formação do complexo de Wheland; ( 3) rearomatização por desprotonação, gerando ácido benzenossulfônico.

Passo 2

Geração do eletrófilo. Em meio de ácido sulfúrico concentrado ocorre o seguinte equilíbrio:
H_2SO_4 \;\rightleftharpoons\; H_2O \;+\; SO_3
Em seguida, o trióxido de enxofre é protonado por outra molécula de H_2SO_4:
SO_3 \;+\; H_2SO_4 \;\rightleftharpoons\; HSO_3^+ \;+\; HSO_4^-
Assim o verdadeiro eletrófilo que atacará o anel aromático é o íon \mathrm{HSO_3^+}.

Passo 3

Ataque do anel aromático ao eletrófilo. Dois elétrons do sistema \pi do benzeno atacam o enxofre de \mathrm{HSO_3^+}, formando o intermediário de Wheland (complexo \sigma), em que apenas cinco carbonos permanecem aromáticos:
\begin{array}{c} \chemfig{*6(------)} \;+\; \mathrm{HSO_3^+} \;\longrightarrow\; \chemfig{*6(-(-SO_3H)-=-=-)} \end{array}
Nesse passo perde-se momentaneamente a aromaticidade em um carbono, dando um carbocátion estabilizado por ressonância.

Passo 4

Rearomatização por desprotonação. O ânion \mathrm{HSO_4^-} retira o próton ligado ao carbono do complexo \sigma, restaurando o caráter aromático e liberando ácido sulfúrico:
\chemfig{*6(-(-SO_3H)-=-=-)} \;+\;\mathrm{HSO_4^-} \;\longrightarrow\; \chemfig{*6(-(-SO_3H)------)} \;+\;\mathrm{H_2SO_4}
O produto final é o ácido benzenossulfônico, \mathrm{C_6H_5SO_3H}.

Resposta

O eletrófilo nesta reação é o íon \mathrm{HSO_3^+} (derivado de \mathrm{SO_3}).

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