Preveja o produto (ou produtos) principal formado quando cada um dos seguintes compostos reage com \mathrm{Cl}_{2} e \mathrm{FeCl}_{3} :
etilbenzeno

Passo 1

O enunciado pede: "Preveja o produto (ou produtos) principal formado quando etilbenzeno reage com \mathrm{Cl}_2 e \mathrm{FeCl}_3". As informações dadas são: o reagente orgânico é o etilbenzeno, cuja fórmula estrutural podemos representar por \mathrm{C_6H_5CH_2CH_3}. Os reagentes de cloração são \mathrm{Cl}_2 em presença de \mathrm{FeCl}_3. A tarefa é identificar quais produtos principais aparecem sob essas condições e qual deles é majoritário.

Passo 2

Que tipo de reação acontece sob \mathrm{Cl}_2/ \mathrm{FeCl}_3?
  • Quando \mathrm{Cl}_2 é misturado com o ácido de Lewis \mathrm{FeCl}_3, forma-se um eletrófilo ativado. Esse passo pode ser representado qualitativamente por
\mathrm{Cl_2 + FeCl_3 \longrightarrow Cl^+ + FeCl_4^-}.
  • Aqui \mathrm{Cl^+} é o eletrófilo que vai atacar o anel aromático. A presença de \mathrm{FeCl}_3 é típica de reações de substituição eletrofílica aromática (EAS) que substituem um Hidrogênio do anel por um halogénio.

Passo 3

Como o substituinte etil na benzina influencia onde a substituição vai ocorrer?
  • O grupo etil (– \mathrm{CH_2CH_3}) é um doador de elétrons por hiperconjugação e por efeito indutivo levemente doador. Isso faz com que o anel aromático fique mais rico em elétrons e, portanto, mais reativo a eletrófilos.
  • Grupos alquila são diretores orto/para: eles aumentam a densidade eletrônica nas posições orto e para em relação ao anel, tornando essas posições mais propensas a sofrer ataque eletrofílico do que a posição meta. Em palavras simples: se o eletrófilo chega, ele prefere se ligar numa posição orto ou para em relação ao grupo etil.

Passo 4

Entendendo o estado intermediário (complexo sigma) e por que orto/para são favorecidos
  • Quando \mathrm{Cl^+} ataca o anel, forma-se um intermediário carbocátionico (complexo \sigma) onde a carga positiva fica distribuída por posições ao longo do anel por ressonância.
  • Se o ataque for nas posições orto ou para, algumas das formas de ressonância do complexo colocam a carga positiva no carbono diretamente ligado ao grupo etil (o carbono “benzeno–CH2”), e esse carbocátion benzílico é estabilizado pela hiperconjugação do grupo etil. Isso baixa a energia do intermediário orto/para comparado ao meta, tornando orto/para mais favoráveis.
  • Resultado prático: ataque em orto e para é energeticamente favorecido; meta é desfavorecido.

Passo 5

Quantas posições orto e para existem e fator estatístico/estérico
  • Em um anel com um substituinte etil há duas posições orto (duas possibilidades diferentes) e uma posição para (uma possibilidade). Estatisticamente, isso favoreceria somar mais produto orto só por número de locais.
  • No entanto, efeitos estéricos (o substituinte etil ocupa espaço) e influências cinéticas costumam fazer com que o produto para seja preferido em comparação a cada orto individualmente. Assim, na prática típica da cloração aromática de etilbenzeno com \mathrm{Cl_2}/\mathrm{FeCl}_3 obtemos mistura de orto e para, com o para como produto majoritário e orto como minoritário.

Passo 6

Por que não acontece cloração da cadeia lateral (benzylica) aqui?
  • A cloração no carbono benzylico (o carbono da cadeia ligado ao anel) geralmente ocorre por mecanismo radicalar, exigindo condições como luz (hv) ou iniciadores peróxidos com \mathrm{Cl_2}.
  • As condições \mathrm{Cl_2}/\mathrm{FeCl}_3 promovem substituição eletrofílica no anel, não cloração radicalar da cadeia. Portanto, não esperamos formação significativa de cloreto benzílico \mathrm{C_6H_5CH(Cl)CH_3} sob estas condições.

Passo 7

Esquema macroscópico do mecanismo (resumido passo a passo)
  1. Geração do eletrófilo: \mathrm{Cl_2 + FeCl_3 \to Cl^+ + FeCl_4^-}.
  2. Ataque do eletrófilo no anel em posição orto ou para em relação ao grupo etil, formando o complexo \sigma (intermediário carbocátionico estabilizado por ressonância).
  3. Desprotonação do complexo \sigma (um íon básico como \mathrm{FeCl_4^-} retira o \mathrm{H^+}), restaurando a aromaticidade e gerando o produto clorado.
    Net: substituição de um H do anel por \mathrm{Cl} em posição orto ou para.

Passo 8

Conclusão sobre os produtos esperados e qual é o principal
  • Produtos principais: cloração do anel em posição para e orto em relação ao grupo etil.
  • Produto majoritário: para-cloroetilbenzeno.
  • Produto minoritário: orto-cloroetilbenzeno.
  • Não se espera, sob essas condições, cloração preferencial na cadeia lateral (benzylica).

Resposta

\text{p-Cl-C}_6\text{H}_4\text{CH}_2\text{CH}_3 (para-cloroetilbenzeno) — produto principal
\text{o-Cl-C}_6\text{H}_4\text{CH}_2\text{CH}_3 (orto-cloroetilbenzeno) — produto secundário

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