Forneça as fórmulas estruturais dos compostos monossubstituídos obtidos a partir da reação do benzeno com os seguintes reagentes:
Passo 1
O enunciado pede: "Forneça as fórmulas estruturais dos compostos monossubstituídos obtidos a partir da reação do benzeno com os reagentes
".
Informações dadas: reagentes são (clorometano) e
(tricloreto de alumínio). O reagente de partida é o benzena
. O pedido é apresentar as fórmulas estruturais dos compostos monossubstituídos resultantes dessa reação.
Informações dadas: reagentes são
Passo 2
O que acontece quando misturamos
com
: o
é um ácido de Lewis que coordena o átomo de cloro do
, tornando o carbono metílico muito eletrofílico e favorecendo a formação de um carbocátion ou de um par iônico. Escrevendo a etapa de ativação do eletrófilo em forma simplificada:
(O detalhe físico-químico é que muitas vezes forma-se um complexo ion pair em vez de um carbocátion “livre”, mas para entender a reação basta ver que surge um eletrófilo
disponível para atacar o anel aromático.)
Passo 3
O passo seguinte é o ataque eletrofílico ao anel benzênico. O eletrófilo
ataca o anel
, formando um complexo σ (íon arenónio), que é uma espécie não aromática e carregada positivamente. Esquematicamente:
Aqui
é o íon σ onde um carbono do anel passou a ter ligação simples ao grupo metil e o anel temporariamente perdeu aromaticidade naquela posição.
Passo 4
Para restaurar a aromaticidade, ocorre a perda de um próton (
) do carbono onde ocorreu a substituição. A sequência completa da etapa final (em termos simples) é:
O próton liberado reage com
reformando
e
:
Portanto o catalisador
é regenerado e o produto da substituição é formado.
Passo 5
Qual é o produto monossubstituído? O grupo que entrou no anel foi o metil. O composto resultante, com apenas uma substituição no anel, é o metilbenzeno, habitualmente chamado de tolueno. Em fórmula química:
ou usando a abreviação fenil:
Observações didáticas e práticas para prova (curtas e úteis):
- O mecanismo que descrevemos é chamado de reação de alquilação de Friedel–Crafts: gerar eletrófilo + ataque ao anel + rearomatização. Entenda bem essas três etapas; é o roteiro típico para problemas desse tipo.
- O grupo metil é doador de elétrons (por hiperconjugação/efeito indutivo leve), então quando já existe um metil no anel (isto é, em tolueno), ele torna o anel mais reativo e direciona substituições seguintes para as posições orto e para (mas isso já é sobre reações subsequentes — o primeiro produto formado a partir do benzena é o tolueno).
- Em prática experimental costuma ocorrer também poli-alquilação (vários metis adicionados) porque tolueno é mais ativado do que benzena; porém como o enunciado pediu os compostos monossubstituídos, consideramos apenas o produto com um metil.