Escreva a reação e o mecanismo de reação do benzeno com:
\mathrm{Cl}_{2} em presença de \mathrm{AlCl}_{3}

Passo 1

O enunciado pede duas coisas: (1) escrever a reação do benzeno com \mathrm{Cl_2} na presença de \mathrm{AlCl_3}; (2) expor o mecanismo dessa reação passo a passo. As informações dadas são: reagentes \mathrm{C_6H_6} (benzeno), \mathrm{Cl_2} e o catalisador \mathrm{AlCl_3}. Não há outras substâncias indicadas nem condições adicionais no enunciado.

Passo 2

Escrevendo primeiro a reação global (o produto principal esperado): mostrar a transformação do benzeno em clorobenzeno e formação de \mathrm{HCl}. A equação global é
\mathrm{C_6H_6 + Cl_2 \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5Cl + HCl}.
Aqui \mathrm{AlCl_3} atua como catalisador (não é consumido no balanço global).

Passo 3

Conceito importante: \mathrm{AlCl_3} é um ácido de Lewis — ele aceita pares de elétrons. Na cloração eletrofílica aromática, a etapa inicial é a geração do eletrófilo ativo (espécie rica em carga positiva capaz de aceitar elétrons do anel). Essa geração pode ser escrita como
\mathrm{Cl_2 + AlCl_3 \rightarrow Cl^+ + AlCl_4^-}.
Explanação didática: a ligação \mathrm{Cl-Cl} é polarizável. Quando \mathrm{Cl_2} se aproxima de \mathrm{AlCl_3}, o par de elétrons da ligação desloca-se em direção a um dos cloros que fica parcialmente negativo e coordena com \mathrm{AlCl_3}. Isso facilita a heterólise parcial, criando uma espécie eletrofílica efetiva (esquematicamente \mathrm{Cl^+}) e o contra-íon \mathrm{AlCl_4^-}.

Passo 4

Ataque eletrofílico: o anel aromático do benzeno doa uma porção de densidade eletrônica (os elétrons π) para o eletrófilo \mathrm{Cl^+}. Escrevemos essa etapa simplificada como
\mathrm{C_6H_6 + Cl^+ \rightarrow [C_6H_6Cl]^+}.
Explicação didática: ao formar-se a ligação \mathrm{C-Cl}, o anel perde momentaneamente a aromaticidade numa região — forma-se um intermediário chamado complexo σ ou íon arenio (arenium ion). Esse intermediário tem uma carga positiva localizada, mas essa carga não fica fixa num só carbono: é deslocalizada por ressonância ao longo de três átomos do anel (o carbono ligado ao Cl e os carbonos adjacentes e o para-relacionado), o que estabiliza o intermediário. Na prova, sempre pense: primeiro gera-se o eletrófilo; depois o anel ataca; isso cria o complexo σ (perda momentânea de aromaticidade).

Passo 5

Ressonância do complexo σ (explicação prática): não precisamos desenhar todas as estruturas aqui, mas é crucial entender que existem três contribuintes de ressonância para o arenium ion — a carga positiva migra para os carbonos orto e para o carbono para em relação ao carbono que ficou ligado ao cloro. Essa delocalização é a razão pela qual o intermediário é relativamente estável o suficiente para existir como passagem na reação.

Passo 6

Restauração da aromaticidade (etapa determinante): para recuperar a aromaticidade o intermediário perde um próton do carbono onde ocorreu a substituição. Essa desprotonação é efetuada pelo contra-íon formado antes, \mathrm{AlCl_4^-}, que atua como base fraca relativa, formando \mathrm{HCl} e regenerando o catalisador \mathrm{AlCl_3}. A etapa pode ser escrita como
\mathrm{[C_6H_6Cl]^+ + AlCl_4^- \rightarrow C_6H_5Cl + HCl + AlCl_3}.
Explicação didática: a base retira o \mathrm{H^+} do carbono adjacente ao centro positivamente carregado do arenium ion; ao remover \mathrm{H^+}, os elétrons do enlace C–H retornam ao sistema π, restaurando a aromaticidade do anel e formando o produto clorobenzeno.

Passo 7

Resumo mecanístico em palavras-curvas de elétrons (como descrever na prova): 1) seta curva do par π do anel para o \mathrm{Cl} eletrofílico (formando \mathrm{C-Cl}); 2) heterólise parcial do \mathrm{Cl-Cl} assistida por \mathrm{AlCl_3} (gera \mathrm{AlCl_4^-}); 3) desprotonação do arenium ion por \mathrm{AlCl_4^-} (seta do par de elétrons da ligação C–H para a formação do sistema π restaurado), gerando \mathrm{HCl} e regenerando \mathrm{AlCl_3}. Essas setas de elétrons são o que você deve desenhar para mostrar o mecanismo detalhado.

Passo 8

Observações úteis para a prova e para você ficar confiante: (i) o produto principal é \mathrm{C_6H_5Cl} (clorobenzeno); (ii) \mathrm{AlCl_3} é regenerado, então é catalisador; (iii) em anéis substituídos a orientação (orto/para/meta) depende do substituinte já presente — no caso do benzeno simples não há isômeros regiocríticos; (iv) escreva sempre a formação do eletrófilo e a etapa de restauração da aromaticidade — esses são os pontos-chave que o professor quer ver.

Resposta

\mathrm{C_6H_6 + Cl_2 \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5Cl + HCl}
\mathrm{Cl_2 + AlCl_3 \rightarrow Cl^+ + AlCl_4^-}
\mathrm{C_6H_6 + Cl^+ \rightarrow [C_6H_6Cl]^+}
\mathrm{[C_6H_6Cl]^+ + AlCl_4^- \rightarrow C_6H_5Cl + HCl + AlCl_3}

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