Forneça as sínteses para cada um dos seguintes compostos, livres de outros isômeros. O material de partida em cada caso deve ser o benzeno.
Passo 1
O enunciado pede que a partir do benzeno eu forneça uma síntese que conduza ao composto representado pelo SMILES Oc1cccc(Br)c1, sem formar outros isômeros.
Informações relevantes do enunciado:
Material de partida: o benzeno.
Produto alvo: um anel benzeno substituído por um grupo hidroxila e um bromo. A partir do SMILES a posição relativa é a 3-bromofenol (ou bromofenol meta), ou seja, \text{3-bromophenol} (meta-bromofenol).
Restrição importante: a síntese deve ser seletiva — obter somente esse isômero, sem outros isômeros (ortho ou para).
Passo 2
Plano-resumo (sem ainda desenvolver passo a passo): vou montar uma sequência que, a partir de benzeno, instala primeiro um grupo que direcione a substituição eletrofílica para a posição meta; em seguida faço a bromação (que ocorrerá meta em relação a esse grupo), e por fim transformo o grupo inicial no grupo -OH preservando a posição do bromo. Raciocínio por que essa estratégia funciona: se eu introduzir primeiro um grupo meta-diretor forte (por exemplo -\mathrm{NO_2}), a bromação ocorrerá de forma regiosseletiva no carbono meta em relação ao nitro. Depois converto -\mathrm{NO_2} em -\mathrm{OH} pela sequência redução → diazotização → hidrólise (método clássico para converter -\mathrm{NH_2} em -\mathrm{OH}, começando por redução do nitro a amina). Essa rota evita a bromação direta sobre fenol (que produz mistura orto/para).
Passo 3
Primeira transformação: nitrar o benzeno para obter nitrobenzene. Reação e condições:
O benzeno, rico em elétrons, ataca \mathrm{NO_2^+} formando o complexo sigma e depois re-aromatiza, dando nitrobenzene.
Resultado: nitrobenzene em boa conversão. O grupo -\mathrm{NO_2} é fortemente desativante e dirige novas substituições para a posição meta (isso será usado no passo seguinte).
Passo 4
Segunda transformação: bromação de nitrobenzene para dar preferencialmente o meta-bromonitrobenzene. Reação e condições:
Em bromação aromática também temos uma SEA: o eletrofílico é um \mathrm{Br^+} gerado por complexação com \mathrm{FeBr_3}.
O grupo -\mathrm{NO_2} é um retirador de elétrons por ressonância e por indução; ele desativa as posições orto e para porque, nas estruturas de ressonância do intermediário sigma, esses carbonos podem levar a cargas positivas próximos ao nitro, o que é energeticamente desfavorável. A posição meta não coloca carga positiva adjacente ao -\mathrm{NO_2}, logo é a posição preferida.
Prática: usar \mathrm{Br_2} com catalisador \mathrm{FeBr_3} e controle estequiométrico/temperatura para evitar polisubstituição. Em nitrobenzene a reação é mais lenta que em benzene, então o produto principal será \text{3-bromonitrobenzene} (m-bromonitrobenzene) com pouquíssimo orto/para (praticamente seletivo meta porque -\mathrm{NO_2} é fortíssimo meta-diretor).
Passo 5
Terceira transformação: reduzir o grupo nitro para amina (para obter m-bromoanilina). Reação e condições possíveis:
Explicação didática (por que essa redução e escolha de reagente):
Reduções catalíticas com \mathrm{H_2}/\mathrm{Pd-C} podem desbromar (hidrogenólise) em alguns casos; por isso escolhemos um método redutor químico como \mathrm{Fe}/\mathrm{HCl} ou \mathrm{SnCl_2} que reduz seletivamente -\mathrm{NO_2} a -\mathrm{NH_2} sem remover o bromo do anel.
O nitro é convertido em amina através de etapas de transferência de elétrons/protões (mecanismo global de redução). O resultado é \text{m-bromoanilina}, mantendo o bromo na posição meta.
Passo 6
Quarta transformação (conversão de -\mathrm{NH_2} em -\mathrm{OH}): diazotização seguida de hidrólise para formar o fenol substituído. Reação e condições:
\text{m-bromoanilina} \xrightarrow{\mathrm{NaNO_2},\\ \mathrm{HCl},\\\ 0\text{–}5^\circ\mathrm{C}} \text{m-bromobenzenediazonium} \xrightarrow{\text{aquecimento em água}} \text{m-bromofenol}á
Explicação didática passo a passo:
Primeira etapa: diazotizar a anilina. Em frio (0\text{–}5^\circ\mathrm{C}) trata-se a anilina com \mathrm{NaNO_2} e \mathrm{HCl} para formar o sal de diazônio arílico \mathrm{ArN_2^+Cl^-}.
Segunda etapa: aquecendo-se a solução aquosa (ou adicionando água quente), o grupo diazônio é substituído por -\mathrm{OH} (substituição nucleofílica via hidrólise do íon diazônio), liberando \mathrm{N_2} gasoso. Essa é a rota clássica para transformar -\mathrm{NH_2} em -\mathrm{OH} (método de Sandmeyer/hidrólise).
Importante: durante essas etapas o substituinte bromo permanece no anel; não há rearranjo das posições substituintes — portanto a posição do bromo (meta em relação ao sítio original) é preservada. O produto final é \text{3-bromofenol} (m-bromofenol).
Passo 7
Controles práticos e observações finais para garantir seletividade e evitar outros isômeros:
A etapa chave de regiocontrole é a bromação do nitrobenzene: como -\mathrm{NO_2} é fortemente meta-diretor, a formação de orto/para é negligível. Manter temperatura e quantidades controladas evita polisubstituição.
As etapas de redução e diazotização/hidrólise não mudam o padrão de substituição no anel, apenas transformam o grupo funcional -\mathrm{NO_2} em -\mathrm{OH}.
Evitar hidrogenação catalítica para reduzir o nitro (se o objetivo é preservar o bromo), por isso use \mathrm{Fe}/\mathrm{HCl} ou \mathrm{SnCl_2} na redução.
Em resumo: rota prática e seletiva, sem formação significativa de isômeros indesejados.