A partir do benzeno e utilizando quaisquer outros reagentes necessários à sua escolha, elabore uma síntese para cada um dos compostos a seguir. A síntese exigirá mais de uma etapa. Em alguns casos, pode haver mais de uma resposta plausível.
OBr

Passo 1

O enunciado pede: partir de benzeno e quaisquer reagentes necessários para sintetizar o composto cuja fórmula estrutural (SMILES) é CC(=O)c1ccc(C(C)(C)C)c(Br)c1. Em palavras: precisamos obter um acetofenona aromática substituída por um grupo tert‑butil e por um átomo de bromo no anel, especificamente o produto conhecido como 5‑bromo‑4‑(tert‑butil)acetofenona (ou equivalentemente 4‑tert‑butil‑5‑bromoacetofenona).
Informações dadas/assumidas: ponto de partida é benzeno; podemos usar reagentes comuns de síntese orgânica e várias etapas; produto final tem três substituintes no anel: um grupo acetil (‑COCH3), um tert‑butil (‑C(CH3)3) e um bromo (‑Br), com tert‑butil e acetil em posição para (um em relação ao outro) e o bromo no carbono adjacente ao do tert‑butil/acetil conforme o SMILES.

Passo 2

Planejamento retrosintético (explicado passo a passo, bem didático):
  • Observação-chave 1: o produto final é uma acetofenona (grupo ar‑COCH3). Podemos chegar a cetonas aromáticas por acilação do anel (Friedel–Crafts acilação) ou por reação de um organometálico aromático com um cloreto de ácido (por exemplo ar‑Li + RCOCl → Ar‑CO‑R).
  • Observação-chave 2: o grupo tert‑butil é facilmente instalado por Friedel–Crafts alquilação de benzeno (formação do carbocátion tert‑butílico e ataque do anel). O grupo acetila (‑COCH3) é desativante e meta‑diretor para EAS; por isso, se colocarmos primeiro a acetila no anel, ficará mais difícil fazer uma Friedel–Crafts alquilação depois (anéis desativados não reagem bem em FC alquilações). Logo, é melhor instalar o tert‑butil antes da acetila.
  • Observação-chave 3: para garantir regiochemical correto (terc‑butil e acetila para entre si), uma rota prática é: 1) instalar tert‑butil no benzeno → 2) introduzir um halogênio (Br) na posição que queremos transformar depois em acetila → 3) trocar esse Br por um lítio (halogênio → organolitio) e reagir com cloreto de acetila (CH3COCl) para formar diretamente a acetofenona no lugar do Br. Assim obtemos p‑(tert‑butil)acetofenona. Finalmente, 4) fazemos a bromação eletrofílica da acetofenona para instalar o Br no lugar correto (meta à acetila), obtendo o alvo.
  • Escolha do método: usei Friedel–Crafts para instalar tert‑butil primeiro porque é simples e eficaz em anéis não desativados; usei troca Br → Li + acilação com CH3COCl para criar a cetona aromaticamente (esse truque evita problemas de tentar fazer FC acilação em anel com já substituintes que atrapalham). Essa escolha segue a regra prática: não tentar FC‑alquilação em anéis fortemente desativados.

Passo 3

Etapa 1 — instalação do grupo tert‑butil (Friedel–Crafts alquilação de benzeno):
  • Reagentes típicos: isobutileno (ou t‑BuCl) e um ácido de Lewis como AlCl3 ou ácido sulfúrico como catalisador para gerar o carbocátion tert‑butílico. Ex.: benzeno + isobuteno, H2SO4 (ou t‑BuCl, AlCl3) → tert‑butilbenzeno.
  • Mecanismo (didático e sem jargões): o reagente (isobuteno ou t‑BuCl) gera um cartel de tipo carbocátion tert‑butílico (uma espécie muito eletrofílica). O anel do benzeno doa elétrons para esse eletrófilo formando um intermediário sigma (complexo de arenio), que perde um próton para regenerar o anel aromático, dando o produto substituído. Como começamos com benzeno (simétrico), obtém‑se principalmente o mono‑substituído tert‑butilbenzeno.
  • Observação prática: é uma reação simples, normalmente em temperatura ambiente e com controle de temperatura para evitar polialquilação.

Passo 4

Etapa 2 — bromação do tert‑butilbenzeno para obter p‑bromo‑tert‑butilbenzeno (bromação eletrofílica):
  • Reagentes típicos: Br2 com catalisador FeBr3 (ou Br2/Fe).
  • Por que primeiro brominar? Vamos usar esse bromo como grupo deixante para, na etapa seguinte, gerar o organolitio que reagirá com o cloreto de acetila para formar a cetona diretamente no anel.
  • Regioquímica: tert‑butil é um grupo ativador e orto/para‑diretor; por causa de efeitos estéricos, o produto para (p‑bromotert‑butilbenzeno) costuma ser majoritário e é fácil de isolar (recristalização).
  • Mecanismo (didático): Br2 é polarizado por FeBr3 formando um bom eletrófilo Br+. O anel ataca Br+, forma complexo sigma, que perde um próton e regenera aromatidade formando o bromo‑arila.

Passo 5

Etapa 3 — transformação do aril‑bromo em aril‑COCH3 (substituição via organolitio + acilação):
  • Reagentes/condições: tratar p‑bromo‑tert‑butilbenzeno com n‑BuLi (troca halogênio → lítio) em solvente aprotico seco (p.ex. THF) a temperaturas baixas (por exemplo cerca de −78 °C para controlar reatividade), gerando p‑tert‑butilfenil‑lítio. Em seguida, adicionar cloreto de acetila (CH3COCl). A reação entre Ar‑Li e CH3COCl leva à adição nucleofílica no centro carbonílico do cloreto de ácido e, após eliminação de Cl−/trabalho, forma a cetona Ar‑COCH3 (p‑tert‑butilacetofenona). Finalmente, hidrólise/trabalho de rotina.
  • Mecanismo (didático): a etapa chave é a troca halogênio → lítio (n‑BuLi substitui Br por Li no anel). O nucleófilo aril‑Li ataca o carbonil do cloreto de ácido, formando um intermediário que colapsa para dar a cetona e LiCl como subproduto. Esse procedimento é prático para introduzir um grupo acila diretamente no anel quando não é conveniente fazer Friedel–Crafts acilação.
  • Cuidados: organolítio é muito reativo; condições anidro e baixa temperatura são importantes para evitar reações laterais. Use equivalentes estequiométricos controlados.

Passo 6

Etapa 4 — bromação final para colocar o Br na posição desejada (obter 5‑bromo‑4‑tert‑butilacetofenona):
  • Agora temos p‑tert‑butilacetofenona (o tert‑butil e o grupo acetil estão em posições para). Para instalar o bromo entre eles (posição meta em relação à acetila), efetuamos uma bromação eletrofílica controlada: Br2 com FeBr3 (ou Br2/Fe) em condições suaves.
  • Regioquímica e por que isso funciona: o grupo acetila (‑COCH3) é desativante e meta‑diretor; portanto, na acetofenona, a substituição eletrofílica no anel ocorre preferencialmente nas posições meta em relação à acetila. No nosso sistema com tert‑butil em para, as posições meta da acetila são as posições entre os dois grupos, que levam ao produto desejado. A presença de tert‑butil altera um pouco a reatividade, mas a bromação de uma acetofenona bem conduzida dá majoritariamente o bromo no carbono desejado (o produto mostrado no SMILES).
  • Mecanismo (didático): como nas bromações anteriores, Br+ é gerado pelo catalisador; o ataque ao anel ocorre no carbono mais favorável pela combinação de efeitos eletrônicos e estéricos; perde‑se um próton e forma‑se o produto aromático bromado.
  • Observações sobre concorrência: podem surgir pequenas quantidades de outros isômeros (ortho em relação ao tert‑butil etc.), por isso controle de equivalentes, temperatura e trabalho de purificação (cromatografia recristalização) são importantes. Em síntese preparativa académica, essa rota é considerada plausível e habitualmente suficiente para o alvo.

Resposta

  1. benzeno → (isobuteno, H2SO4 ou t‑BuCl, AlCl3) → tert‑butilbenzeno
  2. tert‑butilbenzeno → (Br2, FeBr3) → p‑bromo‑tert‑butilbenzeno
  3. p‑bromo‑tert‑butilbenzeno → (n‑BuLi, −78 °C; em seguida CH3COCl; trabalho) → p‑tert‑butilacetofenona
  4. p‑tert‑butilacetofenona → (Br2, FeBr3, condições controladas) → 5‑bromo‑4‑(tert‑butil)acetofenona (produto alvo)

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