Preveja o produto (ou produtos) principal formado quando cada um dos seguintes compostos reage com uma mistura de \mathrm{HNO}_{3} e \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} concentrados.
O
Benzofenona

Passo 1

O enunciado dá a molécula benzofenona (SMILES: O=C(c1ccccc1)c1ccccc1) e pede que eu preveja o(s) produto(s) principal(is) quando ela reage com uma mistura concentrada de \mathrm{HNO_3} e \mathrm{H_2SO_4}. Informações relevantes extraídas do enunciado:
  • Reagente: mistura nitrante concentrada, ou seja, nitratação eletrofílica aromática com geração de íon nitronio \mathrm{NO_2^+}.
  • Substrato: benzofenona, que é \mathrm{Ph–C(=O)–Ph} (dois anéis fenólicos ligados ao mesmo grupo carbonila).
  • Pergunta: qual(is) o(s) produto(s) principal(is) formado(s) sob essas condições.

Passo 2

Formação do eletrófilo na mistura \mathrm{HNO_3}/ \mathrm{H_2SO_4}. Isso é básico para entender a reação: a mistura ácida converte o ácido nítrico no íon nitronio ativo.
A reação principal que gera o eletrófilo é
\mathrm{HNO_3 + 2\,H_2SO_4 \longrightarrow NO_2^+ + H_3O^+ + 2\,HSO_4^-}
(forma simplificada; o ponto importante é que aparece \mathrm{NO_2^+}, o verdadeiro eletrófilo para nitratação).
Explanação didática: \mathrm{H_2SO_4} é um ácido mais forte que protona \mathrm{HNO_3}, que perde água e gera \mathrm{NO_2^+}. Esse \mathrm{NO_2^+} ataca o anel aromático por um mecanismo de substituição eletrofílica aromática (EAS).

Passo 3

Como o substituinte já presente no anel (no caso, a ligação \mathrm{–C(=O)–Ph}) influencia onde o \mathrm{NO_2^+} vai atacar? Vamos entender a direção (ortho/para/meta).
  • O grupo ligado ao anel em benzofenona é \mathrm{–C(=O)Ph}, ou seja, um grupo acila ligado ao anel. Esse grupo é retirador de elétrons por ressonância (efeito -M) e por indução ( -I). Em palavras simples: ele “puxa” densidade eletrônica do anel.
  • Grupos que puxam elétrons por ressonância (como \mathrm{–C(=O)R}) desativam o anel para EAS e orientam preferencialmente para a posição meta.
    Explicação didática do porquê do direcionamento meta (sem pular etapas): quando o eletrófilo ataca o anel forma-se um complexo σ (o carbocátion intermediário). Se o ataque ocorre em orto ou para, entre as estruturas de ressonância do σ-complexo aparece uma estrutura com carga positiva localizada no carbono que está ligado ao grupo \mathrm{–C(=O)Ph}. Esse positivo fica desestabilizado porque o grupo carbonila retira elétrons por ressonância e não pode estabilizar (pelo contrário, piora a situação). Já se o ataque ocorre em meta, nenhuma das estruturas de ressonância do σ-complexo coloca a carga positiva diretamente no carbono ligado ao grupo acila, então esse σ-complexo é relativamente menos desestabilizado. Conclusão: ataque meta é mais favorável quando o substituinte é um grupo acila desativador.

Passo 4

Aplicando isso à benzofenona especificamente.
  • Cada anel fenil é substituído somente pelo grupo \mathrm{–C(=O)Ph} (o anel é monossubstituído pelo grupo acila), e os dois anéis são equivalentes entre si.
  • Portanto, a nitratação preferencial ocorrerá na posição meta relativa à ligação carbonila em um dos anéis. Em termos de numeração padrão, isso é a posição 3 do anel (se o átomo de carbono ligado ao grupo carbonila for 1, as posições meta são 3 e 5; por simetria 3 e 5 são equivalentes e o produto pode ser descrito como 3-nitro).
  • Nome do produto principal: \mathrm{3\text{-}nitrobenzofenona} (frequentemente referido como m-nitrobenzofenona, onde “m” indica meta).

Passo 5

Observações sobre produtos menores e condições:
  • Produtos menores: ataque orto ( 2-nitro) e para ( 4-nitro) são possíveis, mas esperam-se em quantidades bem menores por causa do caráter desativador do grupo acila e, para orto, também por devido a estereo-efeitos (mais bloqueio estérico).
  • Se houver excesso de agente nitrante e condições mais drásticas, pode ocorrer dinitração (nitrar ambos os anéis), levando a produtos como \mathrm{3,3'\text{-}dinitrobenzofenona} (nitratos nas posições meta de cada anel). Mas sob condições de nitratação controlada, o produto mono-nitrado meta é o dominante.
  • Resumindo mecanisticamente: formação de \mathrm{NO_2^+} → ataque no anel em posição meta (mais estável o σ-complexo) → rearomatização dando \mathrm{3\text{-}nitrobenzofenona}.

Resposta

\mathrm{3\text{-}nitrobenzofenona} (produto principal, i.e., m-nitrobenzofenona)
Produtos minoritários possíveis: \mathrm{2\text{-}nitrobenzofenona} e \mathrm{4\text{-}nitrobenzofenona}
Em excesso de nitrante, dinitração possível: \mathrm{3,3'\text{-}dinitrobenzofenona}

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