Quais seriam as reações necessárias, dentre as mostradas ao longo do curso, para se obter o composto abaixo, tendo-se como possiveis compostos carbônicos de partida o benzeno, cloreto de etanoila \left(\mathrm{CH}_{3}-\mathrm{C}(=\mathrm{O})-\mathrm{Cl}\right).
OH

Passo 1

O enunciado dá como possíveis reagentes de partida o benzeno e o cloreto de etanoila ( \mathrm{CH_3\!-\!C(=O)\!-\!Cl}) e pede uma sequência de reações (entre as vistas ao longo do curso) que leve ao composto cuja SMILES é CCc1cccc(O)c1.
Informações extraídas do SMILES (isto é importante para saber o que precisamos montar):
  • O produto é um anel aromático substituído por um grupo etil ( \mathrm{CH_2CH_3}) e por um grupo hidroxila ( \mathrm{OH}).
  • A posição relativa dos substituintes, segundo a SMILES, é meta: o produto é o fenol meta-etilado, também chamado de 3-etilfenol (ou m-etilfenol com etil no lugar do metil). Em notação simples: \text{3-etilfenol} (anel fenol com um grupo \mathrm{CH_2CH_3} na posição 3 relativa ao \mathrm{OH}).
O que se pede: indicar quais reações (com reagentes/condições claras) transformam o benzeno em \text{3-etilfenol}, usando como carbono de partida o cloreto de etanoila \left(\mathrm{CH_3COCl}\right) se necessário.

Passo 2

Planejamento estratégico (por que seguir essa sequência):
  • Queremos um relacionamento meta entre o grupo etil e o grupo \mathrm{OH}. O grupo fenol ( \mathrm{OH}) é orto/para-diretor fortemente ativante, então instalar primeiro um etil (por alquilação eletrofílica) faria com que qualquer reação que coloque \mathrm{OH} ocorresse preferencialmente em orto/para — isso não nos dá meta.
  • O grupo acila ( \mathrm{COCH_3}, presente se usarmos \mathrm{CH_3COCl} em Friedel–Crafts acilação) é desativante e direciona para meta. Portanto: primeiro introduzir um grupo acila no anel (formando acetofenona), usar esse grupo para dirigir uma substituição meta (por exemplo, nitração), transformar esse substituinte meta em \mathrm{OH} (via redução do \mathrm{NO_2} a \mathrm{NH_2} e diazotização/hidrólise), e por fim transformar o grupo acila ( \mathrm{COCH_3}) em etila ( \mathrm{CH_2CH_3}) por redução total da carbonila (Clemmensen ou Wolff–Kishner). Essa sequência respeita orientação regiocrômica e usa reações clássicas do curso.
Resumo da sequência escolhida (mais tarde detalharemos cada etapa):
  1. Friedel–Crafts acilação: \mathrm{C_6H_6} \xrightarrow{\mathrm{CH_3COCl},\\ \mathrm{AlCl_3}} \mathrm{C_6H_5COCH_3} (acetofenona).
  2. Nitração: \mathrm{C_6H_5COCH_3} \xrightarrow{\mathrm{HNO_3}/\mathrm{H_2SO_4}} majoritariamente 3-nitroacetofenona.
  3. Redução do \mathrm{NO_2} a \mathrm{NH_2}: 3-nitroacetofenona \xrightarrow{\mathrm{Fe}/\mathrm{HCl}\\ \text{ou}\\ \mathrm{Sn}/\mathrm{HCl}} 3-aminoacetofenona.
  4. Diazotização e hidrólise: 3-aminoacetofenona \xrightarrow{\mathrm{NaNO_2},\\ \mathrm{HCl},\\\ 0\!-\!5^\circ\mathrm{C};\\ \text{aqueça}}ç 3-hidroxiacetofenona.
  5. Redução da carbonila (descarbonilação) para transformar \mathrm{COCH_3} em \mathrm{CH_2CH_3}: 3-hidroxiacetofenona \xrightarrow{\text{Wolff–Kishner (ou Clemmensen)}} 3-etilfenol.
Nos passos seguintes eu explico detalhadamente cada reação, a mecânica introdutória e as escolhas de reagentes/condições.

Passo 3

Passo 1 real da síntese — Friedel–Crafts acilação (instalar o grupo acila):
  • Reagentes e condições típicas: \mathrm{CH_3COCl} (cloreto de etanoila) e \mathrm{AlCl_3} anidro, solvente inerte (por ex. diclorometano anidro) em temperatura controlada.
  • Transformação desejada: \mathrm{C_6H_6} \xrightarrow{\mathrm{CH_3COCl},\\ \mathrm{AlCl_3}} \mathrm{C_6H_5COCH_3} (acetofenona).
  • Por que isso funciona (aula rápida da reação): o cloreto de acila reage com \mathrm{AlCl_3} formando um complexo e liberando um íon acilio \left(\mathrm{CH_3CO^+}\right) ou um equivalente eletrofílico fortemente ativado. Esse eletrofilo realiza uma substituição eletrofílica aromática (SEA) sobre o benzeno, formando a ligação arílio–carbonila. Depois do trabalho-up (adicionar água cuidadosamente), obtém-se a cetona aromática (acetofenona).
  • Observações úteis para prova: acilação evita policondensação e policompostos porque a cetona resultante é desativante e menos reativo que o benzeno, então normalmente obtém-se monoacilação. Escreva sempre os reagentes no formato \mathrm{CH_3COCl},\\ \mathrm{AlCl_3} e diga que o meio deve ser anidro até o work-up.

Passo 4

Passo 2 — Nitração para colocar um substituinte meta:
  • Reagentes e condições típicas: mistura de ácido nítrico e ácido sulfúrico \left(\mathrm{HNO_3}/\mathrm{H_2SO_4}\right), temperatura baixa a moderada (0–50 °C dependendo da reatividade).
  • Transformação: \mathrm{C_6H_5COCH_3} \xrightarrow{\mathrm{HNO_3}/\mathrm{H_2SO_4}} 3\text{-nitroacetofenona (majoritário)}á.
  • Por que o substituinte vai para meta? Porque o grupo acila \left(\mathrm{COCH_3}\right) é um grupo desativante e retira densidade eletrônica pelo efeito indutivo e por ressonância; grupos desativantes do tipo -\mathrm{C(=O)R} direcionam eletrofilização para a posição meta. Então o íon eletrofílico \mathrm{NO_2^+} ataca preferencialmente a posição meta.
  • Mecanismo (rápido): \mathrm{H_2SO_4} protona e ativa \mathrm{HNO_3} formando \mathrm{NO_2^+}. O anel aromático forma um complexo σ (íons arenônio) com \mathrm{NO_2^+}, seguido de desprotonação para restaurar aromaticidade e formar o nitroaromático.
  • Observação prática: controlar temperatura evita polissubstituição e oxidações laterais.

Passo 5

Passo 3 — Redução do grupo nitro a amina (selecionada para preservar a cetona):
  • Objetivo: obter 3-aminoacetofenona a partir de 3-nitroacetofenona.
  • Reagentes possíveis e escolha: usar redução com ferro em \mathrm{HCl} ( \mathrm{Fe}/\mathrm{HCl}) ou estanho em \mathrm{HCl} ( \mathrm{Sn}/\mathrm{HCl}) é prático e seletivo para reduzir \mathrm{NO_2} a \mathrm{NH_2} sem reduzir muito a carbonila. Outra opção é redução catalítica com \mathrm{H_2}/ \mathrm{Pd-C}, mas isso pode também reduzir a cetona em certas condições (cuidado). Então para preservar a função carbonila escolha \mathrm{Fe}/\mathrm{HCl} ou \mathrm{Sn}/\mathrm{HCl}.
  • Mecanismo (resumido): o metal em meio ácido fornece elétrons e prótons para converter as etapas intermediárias nitroso → hidroxilamina → amina.
  • Resultado: 3-nitroacetofenona \xrightarrow{\mathrm{Fe}/\mathrm{HCl}} 3-aminoacetofenona.

Passo 6

Passo 4 — Transformar \mathrm{NH_2} em \mathrm{OH} (diazotização + hidrólise; “Sandmeyer/hidrólise” típica):
  • Objetivo: converter o grupo amino aromático em hidroxila para obter 3-hidroxiacetofenona (ou seja, colocar \mathrm{OH} na posição meta em relação ao grupo acila já presente).
  • Reagentes e condições: diazotizar com \mathrm{NaNO_2} e \mathrm{HCl} a 0\!-\!5^\circ\mathrm{C} para formar o sal diazônio ( \mathrm{ArN_2^+Cl^-}); em seguida aquecer (ou tratar com água quente) para promover a substituição do grupo diazônio por \mathrm{OH}. Escrevendo: 3-aminoacetofenona \xrightarrow{\mathrm{NaNO_2},\\ \mathrm{HCl},\\\ 0\!-\!5^\circ\mathrm{C};\\ \text{aquec.}} 3-hidroxiacetofenona.
  • Por que isso funciona (explicação didática): a amina aromática é convertida em um bom grupo de saída (o grupo diazônio). Esse diazônio, em presença de água e aquecimento, é substituído por \mathrm{OH} (formando o fenol). A reação é rotina em química orgânica para trocar \mathrm{NH_2} por vários substituintes (a substituição por \mathrm{OH} é uma das mais comuns).
  • Observação prática: faça a diazotização em frio para evitar decomposição do diazônio; depois aqueça para a hidrólise. O grupo carbonila (cetona) resiste a essa sequência.

Passo 7

Passo 5 — Transformar a acetila ( \mathrm{COCH_3}) em etila ( \mathrm{CH_2CH_3}): redução total da carbonila (Wolff–Kishner ou Clemmensen)
  • Objetivo: a partir de 3-hidroxiacetofenona obter 3-etilfenol (remover o oxigênio da carbonila e transformar \mathrm{COCH_3} em \mathrm{CH_2CH_3}).
  • Reações possíveis:
    • Wolff–Kishner: reagir com hidrazina \left(\mathrm{NH_2NH_2}\right) e base forte (KOH) em um solvente de alto ponto de ebulição (por ex. etilenoglicol) a alta temperatura. Isso converte a cetona em hidrocarboneto (eliminação do nitrogênio como N2 após formar hidrazona). É um método feito em meio básico e é recomendado quando o substrato contém grupos sensíveis ao ácido.
    • Clemmensen: reduzir com \mathrm{Zn(Hg)} em \mathrm{HCl} (meio fortemente ácido). É eficiente e simples, mas não é indicado se a molécula tiver grupos acidossensíveis.
  • Qual escolher aqui? Temos um grupo fenol presente. O fenol é relativamente estável em meio ácido, mas pode sofrer reações secundárias dependendo das condições; se houver preocupação, recomenda-se Wolff–Kishner (meio básico) para evitar condições ácidas fortes. Portanto, escolha a Wolff–Kishner: 3-hidroxiacetofenona \xrightarrow{\mathrm{NH_2NH_2},\\ \mathrm{KOH},\\ \text{calor}} 3\text{-etilfenol}.
  • Proteção opcional: se houver risco de side-reactions, pode-se proteger o \mathrm{OH} como éter (por ex. metilação com \mathrm{MeI}/\mathrm{K_2CO_3} para dar anisóide correspondente), realizar a redução (Clemmensen se preferir) e depois desproteger (por ex. \mathrm{BBr_3} para cleavar metiléter). Isso é um artifício prático quando necessário, mas acrescenta passos.
  • Mecanismo (Wolff–Kishner, explicação didática): a cetona forma uma hidrazona com hidrazina ( \mathrm{R_2C=NNH_2}). Em base forte e calor, a hidrazona é desprotonada e sofre eliminação concertada liberando \mathrm{N_2} e gerando o hidrocarboneto (redução formal da carbonila). É útil lembrar que Wolff–Kishner requer calor alto e base forte; Clemmensen usa ácido e metal.

Passo 8

Resumo prático, reagentes exatos e sequência (passo-a-passo que você pode escrever na prova)
  1. \mathrm{C_6H_6} + \mathrm{CH_3COCl},\\ \mathrm{AlCl_3} (anidro) → \mathrm{C_6H_5COCH_3} (acetofenona).
  2. \mathrm{C_6H_5COCH_3} + \mathrm{HNO_3}/\mathrm{H_2SO_4} 3-nitroacetofenona (majoritário).
  3. 3-nitroacetofenona + \mathrm{Fe}/\mathrm{HCl} (ou \mathrm{Sn}/\mathrm{HCl}) → 3-aminoacetofenona.
  4. 3-aminoacetofenona + \mathrm{NaNO_2},\\ \mathrm{HCl} (0–5 °C) → formar diazônio; aquecer → 3-hidroxiacetofenona.
  5. 3-hidroxiacetofenona + \mathrm{NH_2NH_2},\\ \mathrm{KOH},\\ \text{calor} (Wolff–Kishner) → 3-etilfenol (produto alvo, SMILES dado).
Dicas para prova/execução:
  • Ao justificar regioquímica: cite que o grupo acila é meta-diretor; é a peça-chave para obter o fenol na posição meta em relação ao futuro etil.
  • Ao escolher reduções, explique seletividade: reduções \mathrm{NO_2}\to\mathrm{NH_2} via \mathrm{Sn}/\mathrm{HCl} ou \mathrm{Fe}/\mathrm{HCl} geralmente preservam a cetona melhor que hidrogenação catalítica. Para a descarbonilação prefira Wolff–Kishner se houver sensibilidade ácida.
  • Se na prova pedirem reagentes alternativos, cite Clemmensen (ácido) e Wolff–Kishner (básico) para a etapa final e motive a escolha conforme grupos funcionais presentes.

Resposta

  1. \mathrm{C_6H_6} \xrightarrow{\mathrm{CH_3COCl},\\ \mathrm{AlCl_3}} \mathrm{C_6H_5COCH_3}
  2. \mathrm{C_6H_5COCH_3} \xrightarrow{\mathrm{HNO_3}/\mathrm{H_2SO_4}} 3\text{-nitroacetofenona}
  3. 3\text{-nitroacetofenona} \xrightarrow{\mathrm{Fe}/\mathrm{HCl}\\ \text{ou}\\ \mathrm{Sn}/\mathrm{HCl}} 3\text{-aminoacetofenona}
  4. 3\text{-aminoacetofenona} \xrightarrow{\mathrm{NaNO_2},\\ \mathrm{HCl},\\\ 0\!-\!5^\circ\mathrm{C};\\ \text{aquec.}} 3\text{-hidroxiacetofenona}
  5. 3\text{-hidroxiacetofenona} \xrightarrow{\mathrm{NH_2NH_2},\\ \mathrm{KOH},\\ \text{calor (Wolff–Kishner)}} 3\text{-etilfenol}

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