Preveja o(s) produto(s) esperado(s) quando o benzeno for tratado com cada um dos seguintes haletos de alquila na presença de \mathrm{AlCl}_{3}. Em cada caso, assuma que as condições foram controladas para favorecer a monoalquilação.
Cl

Passo 1

O enunciado pede que eu preveja o(s) produto(s) quando o benzeno for tratado com o haleto de alquila dado na presença de \mathrm{AlCl}_3, assumindo condições que favorecem a monoalquilação. Informação relevante dada:
  • O haleto de alquila está representado pelo SMILES \text{CC\text{(C)}\text{(C)}Cl}.
  • O reagente de Friedel–Crafts é \mathrm{AlCl}_3 (ácido de Lewis).
  • Devemos prever os produtos principais da reação com benzeno e assumir monoalquilação (ou seja, uma única substituição no anel).

Passo 2

Identificar o haleto de alquila a partir do SMILES. A cadeia \text{CC\text{(C)}\text{(C)}Cl} corresponde ao cloreto terc-butilo, cuja fórmula estrutural pode ser escrita como \text{(CH}_3)_3\mathrm{CCl}. Ou seja, o haleto é o cloreto de terc-butilo (tert‑butyl chloride).

Passo 3

Explicar como o eletrófilo reativo é gerado (mecanismo inicial). Em Friedel–Crafts alquilação o ácido de Lewis \mathrm{AlCl}_3 complexa o átomo de cloro do haleto, facilitando sua saída e gerando um carbocátion ou um par ionico muito reativo. Escrevendo a etapa:
\text{(CH}_3)_3\mathrm{CCl} + \mathrm{AlCl}_3 \longrightarrow \text{(CH}_3)_3\mathrm{C}^+ + \mathrm{AlCl}_4^-
Aqui \text{(CH}_3)_3\mathrm{C}^+ é o carbocátion terc‑butilo, que será o eletrófilo que ataca o anel aromático.

Passo 4

Por que esse carbocátion se forma facilmente e não sofre rearranjo? O carbocátion \text{(CH}_3)_3\mathrm{C}^+ é um carbocátion terciário, altamente estabilizado por hiperconjugação e efeito indutivo dos três grupos metila. Como já é um carbocátion terciário estável, não há necessidade (nem vantagem energética) para rearranjos — logo não esperamos rearranjo para outro tipo de carbocátion. Conclusão prática: o eletrófilo que ataca o benzeno é o cátion terc‑butilo intacto.

Passo 5

Mecanismo de substituição eletrofílica aromática (EAS) passo a passo, com foco didático:
  • O par de elétrons π do anel benzênico ataca o carbocátion \text{(CH}_3)_3\mathrm{C}^+, formando um complexo σ (arenium ion) onde a aromaticidade fica temporariamente perdida. Representação qualitativa:
\mathrm{C}_6\mathrm{H}_6 + \text{(CH}_3)_3\mathrm{C}^+ \longrightarrow \text{arenium ion (σ‑complex)}σ
  • Esse σ‑complex é estabilizado por ressonância: a carga positiva fica distribuída em três posições do anel nas diferentes formas ressonantes (vou te poupar desenhar todas as estruturas, mas a ideia é que o próton ligado ao carbono atacado ainda existe e a carga se desloca pelo anel).
  • Para restaurar a aromaticidade, o σ‑complex perde um próton ( \mathrm{H}^+) do carbono onde ocorreu a ligação, e esse próton é capturado pelo ânion \mathrm{AlCl}_4^- gerando \mathrm{HAlCl}_4 e regenerando \mathrm{AlCl}_3 (após liberação de \mathrm{HCl} na prática). Assim obtemos o produto aromático substituído:
\text{arenium ion} + \mathrm{AlCl}_4^- \longrightarrow \text{tert‑butylbenzene} + \mathrm{HAlCl}_4

Passo 6

Regeneração do catalisador e balanço: a sequência geral forma \mathrm{HAlCl}_4 que pode decompor-se liberando \mathrm{HCl} e regenerando \mathrm{AlCl}_3. Na prática, o ciclo catalítico permite que pequenas quantidades de \mathrm{AlCl}_3 promovam várias turnovers, desde que a estequiometria e as condições (remoção de \mathrm{HCl} etc.) sejam controladas.

Passo 7

Regioquímica e número de produtos esperados: começando de benzeno simples (anel não substituído), todas as posições são equivalentes por simetria ao inserir um único substituinte. Portanto, a monoalquilação dá um único composto constitucional: o benzeno monosubstituído pelo grupo terc‑butilo, com nome comum tert‑butylbenzene. (Observação didática: se o anel já tivesse um substituinte pré‑existente, o grupo terc‑butilo seria um diretor orto/para e, por ser volumoso, favoreceria o produto para‑substituído; mas aqui isso não altera o fato de que há um único produto constitucional a partir do benzeno.)

Passo 8

Possíveis reações concorrentes e controle experimental: o grupo terc‑butilo é fortemente ativante após se incorporar ao anel, o que pode levar à policondensação (polialquilação). Por isso o enunciado pede que assumamos condições que favorecem monoalquilação (excesso de benzeno, temperatura controlada, pouca quantidade de carbocation gerado por vez etc.). Com essas condições, o produto isolado majoritário será o monoalquilado.

Passo 9

Resumo prático do raciocínio (como você faria na prova): identificar o haleto como cloreto de terc‑butilo, escrever a geração do cátion \text{(CH}_3)_3\mathrm{C}^+ por complexação com \mathrm{AlCl}_3, mostrar ataque do anel formando o σ‑complex e posterior perda de próton para regenerar aromaticidade, e concluir que o produto monoalquilado é o tert‑butylbenzene (sem rearranjo e sem isômeros constitucionais no caso do benzeno).

Resposta

tert‑butylbenzene \;(\mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{C}(\mathrm{CH}_3)_3)

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