Preveja quais produtos principais são formados em cada reação a seguir. Indique quando o produto principal for uma mistura dos isômeros orto e para.
O tolueno é sulfonado.

Passo 1

O enunciado diz: “O tolueno é sulfonado.”
Pergunta: prever quais são os produtos principais dessa reação e indicar quando o produto principal for uma mistura dos isômeros orto e para.
Informações relevantes dadas: a espécie inicial é o tolueno, isto é \mathrm{C_6H_5CH_3}, e a reação é uma sulfonação aromática (condições típicas: \mathrm{SO_3} / \mathrm{H_2SO_4} ou ácido sulfúrico fumegante). Não há outras substituintes no anel além do grupo metil.

Passo 2

O que acontece na sulfonação aromática (visão geral didática):
  • A sulfonação é um tipo de substituição eletrofílica aromática (SEAr). Primeiro forma-se a espécie eletrofílica ativa a partir de \mathrm{SO_3} e \mathrm{H_2SO_4}. Essa espécie costuma ser representada por \mathrm{SO_3} protonada ou por \mathrm{HSO_3^+}; o ponto importante é que há um eletrofílo forte capaz de atacar o anel aromático.
  • O mecanismo geral tem duas etapas importantes: (1) ataque do anel aromático ao eletrófilo formando um complexo σ (carbocátionresonancial, chamado intermediário de Wheland), e (2) perda de um próton para regenerar a aromaticidade, formando o produto sulfonado.
    Vou explicar cada uma dessas etapas com calma para você conseguir reproduzir na prova.

Passo 3

Por que o grupo metil dirige orto/para? (aulas de conceito)
  • O grupo metil ( -\mathrm{CH_3}) é um grupo doador de elétrons por efeito indutivo e, sobretudo, por hiperconjugação. Hiperconjugação significa que as ligações C–H do metil podem doar densidade eletrônica para o anel próximo, estabilizando carbocátions gerados no anel.
  • Quando o anel é atacado pelo eletrófilo nos posições orto ou para em relação ao metil, o intermediário σ (Wheland) tem uma carga positiva que pode ser parcialmente estabilizada pela hiperconjugação do grupo metil. Isso torna os ataques em orto e para mais favorecidos do que em meta.
  • Conclusão prática: o metil é um diretivo orto/para — os produtos principais serão nas posições orto e para.

Passo 4

Comparando orto versus para (razões que determinam o produto principal)
  • Estatística: há dois sítios orto e apenas um sítio para, o que tende a aumentar a formação de orto por simples contagem de posições.
  • Estérica: o ataque em orto sofre maior impedimento estérico (o grupo sulfonila é volumoso), o que tende a diminuir a formação de orto relativo ao para.
  • Termodinâmica/Estabilidade: o produto para costuma ser menos impedido estéricamente e, em muitas condições de sulfonação (especialmente em equilíbrio), o para é o isômero predominante.
  • Meta é desprezível porque o intermediário σ formado no ataque meta não é estabilizado pela hiperconjugação do metil.

Passo 5

Aplicando ao caso do tolueno sulfonado: previsão concreta e explicada passo a passo
  • O eletrófilo (representado por \mathrm{HSO_3^+} ou \mathrm{SO_3} ativado) atacará preferencialmente as posições orto e para do anel do \mathrm{C_6H_5CH_3}.
  • Serão formados principalmente os isômeros orto- e para- do ácido toluenosulfônico, isto é: \text{orto-}\mathrm{CH_3C_6H_4SO_3H} e \text{para-}\mathrm{CH_3C_6H_4SO_3H}.
  • Devido ao balanço entre fator estatístico (2 orto vs 1 para) e impedimento estérico (orto mais atrapalhado), o produto isolado em condições comuns é uma mistura de orto e para, com tendência a ter o isômero para como predominante em muitas condições experimentais (especialmente se a reação alcança equilíbrio). O meta praticamente não aparece.

Resposta

Mistura de \text{orto-}\mathrm{CH_3C_6H_4SO_3H} e \text{para-}\mathrm{CH_3C_6H_4SO_3H}, com predomínio do isômero para.

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