Preveja o(s) produto(s) esperado(s) quando o benzeno for tratado com cada um dos seguintes haletos de alquila na presença de
. Em cada caso, assuma que as condições foram controladas para favorecer a monoalquilação.
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
, assumindo condições que favorecem a monoalquilação. Informação relevante dada:
- O haleto de alquila está representado pelo SMILES
. - O reagente de Friedel–Crafts é
(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
corresponde ao cloreto terc-butilo, cuja fórmula estrutural pode ser escrita como
. 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
complexa o átomo de cloro do haleto, facilitando sua saída e gerando um carbocátion ou um par ionico muito reativo. Escrevendo a etapa:
Aqui
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
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
, formando um complexo σ (arenium ion) onde a aromaticidade fica temporariamente perdida. Representação qualitativa:
- 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 (
) do carbono onde ocorreu a ligação, e esse próton é capturado pelo ânion gerando e regenerando (após liberação de na prática). Assim obtemos o produto aromático substituído:
Passo 6
Regeneração do catalisador e balanço: a sequência geral forma
que pode decompor-se liberando
e regenerando
. Na prática, o ciclo catalítico permite que pequenas quantidades de
promovam várias turnovers, desde que a estequiometria e as condições (remoção de
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
por complexação com
, 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