reações de compostos aromáticos

Reações deReações de

Universidade Federal do CearáCentro de CiênciasDepartamento de Química Orgânica e InorgânicaQuímica Orgânica II

Reações deReações de

SubstituiçõesSubstituições

NucleofílicaNucleofílica e e EletrofílicaEletrofílica

Prof. Nunes

em Aromáticosem Aromáticos

Prof. Dr. José Nunes da Silva Jr.nunes.ufc@gmail.com1

O benzenobenzeno é um hexágonohexágono simétricosimétrico planarplanar com seis átomos de

carbonocarbono trigonaltrigonal planoplano (sp(sp22)), cada um tendo um átomo de hidrogênio

no plano do anel.

Estrutura do BenzenoEstrutura do Benzeno

Volhardt, P.C., Organic Chemistry: Structures & Function, 3rd Ed., 1999.2

Todos os comprimentos das ligações C-C são iguais a 1.39 Angstron.

(Para comparação: C-C 1.47 de C=C 1.33)

Estrutura do BenzenoEstrutura do Benzeno

Volhardt, P.C., Organic Chemistry: Structures & Function, 3rd Ed., 1999.

Esta característica geométrica advém dada ressonânciaressonância existenteexistente nono

anelanel (deslocalização dos seis elétrons pi dos orbitais p da estrutura).

3

Energia de Estabilização do BenzenoEnergia de Estabilização do Benzeno

cicloexeno

cicloexadieno

cicloexatrieno

benzeno

+ H2

+ H2

+ H2

+ H2

Entalpia de Hidrogenação

- 28,6 Kcal/mol

- 54,9 Kcal/mol

- 78,9 Kcal/mol

- 49,3 Kcal/mol

Energia deEstabilizaçãodo Benzeno

Cicloexano

- 28,6 Kcal/mol

4

A estrutura plana com duasduas regiõesregiões ricasricas emem

elétronselétrons (acima e abaixo do plano), torna o

benzeno um alvo para o ataque de espécies

Reações do BenzenoReações do Benzeno

benzeno um alvo para o ataque de espécies

deficientes de elétrons, os eletrófiloseletrófilos.

Volhardt, P.C., Organic Chemistry:Structures & Function, 3rd Ed.,1999.

Nas reações com os eletrófilos, o benzeno sofre reações de

substituiçãosubstituição eletrofílicaeletrofílica aromáticaaromática, nas quais seus hidrogênioshidrogênios sãosão

Ar H E Y+ + H YAr E

Reação GeralReação Geral

substituiçãosubstituição eletrofílicaeletrofílica aromáticaaromática, nas quais seus hidrogênioshidrogênios sãosão

substituídossubstituídos porpor eletrófiloseletrófilos.

5

Reações do BenzenoReações do Benzeno

6

As reações de substituição eletrofílica aromáticas recebem nomes

diferentes dede acordoacordo comcom oo eletrófiloeletrófilo emem questãoquestão.

Substituições Eletrofílicas AromáticasSubstituições Eletrofílicas Aromáticas

� Nitração

� Sulfonação

� Halogenação

� Alquilação de Friedel-Crafts

� Acilação de Friedel-Crafts

Embora envolvam diferentes eletrófiloseletrófilos, as reaçõesreações dede substituiçãosubstituição

eletrofílicaeletrofílica aromáticasaromáticas têmtêm oo mesmomesmo mecanismomecanismo geralgeral.

7

Etapa 1 Etapa 1 -- Ataque Ataque EletrofílicoEletrofílico

Na primeira etapa, osos elétronselétrons pipi dodo anelanel atacamatacam oo eletrófiloeletrófilo,

quebrando a ligação pi C-C e formando uma nova ligação carbono-

Mecanismo GeralMecanismo Geral

E

H+

+

E

H

+

E

HE+

quebrando a ligação pi C-C e formando uma nova ligação carbono-

eletrófilo. Nesta etapa um carbocátioncarbocátion éé geradogerado e estabilizado pelas

possíveis estruturas de ressonância.

Volhardt, P.C., OrganicChemistry: Structures &Function, 3rd Ed., 1999.

8

Na segunda etapa, uma basebase atacaataca oo prótonpróton do carbono onde seligou o eletrófilo.

Etapa 2 Etapa 2 –– Perda do prótonPerda do próton

Mecanismo GeralMecanismo Geral

ligou o eletrófilo.

Ocorre a quebraquebra dada ligaçãoligação carbonocarbono--eletrófiloeletrófilo, e o par de elétronsdesta ligação volta para o sistema pi do anel, restabelecendo aaromaticidade do sistema.

9

Mecanismo x Diagrama de EnergiaMecanismo x Diagrama de Energia

lentorápido

Volhardt, P.C., Organic Chemistry: Structures & Function, 3rd Ed., 1999.10

Mecanismo S.E.A.Mecanismo S.E.A.

11

As reações de nitraçãonitração ocorrem na presença de uma misturamistura nitrantenitrante

composta de ácido nítriconítrico (HNO(HNO33)) ee ácidoácido sulfúricosulfúrico (H(H22SOSO44))..

NitraçãoNitração

São estas as espécies que gerarão o elétrófiloelétrófilo nitrônionitrônio (NO(NO22++))::

HO N

O

O

+....

-

H+ O

N

O

+ + H2O

Quando formado, o íoníon nitrônionitrônio promove a nitraçãonitração.

nitrônio

12

Quando formado, o íoníon nitrônionitrônio promove a nitraçãonitração:

NitraçãoNitração

13

Nitração - MecanismoNitração - Mecanismo

1ª Etapa1ª Etapa

2ª Etapa2ª Etapa

14

As reações de sulfonaçãosulfonação ocorrem na presença ácidoácido sulfúricosulfúricoconcentradoconcentrado (H(H22SOSO44))..

SulfonaçãoSulfonação

Quando utilizamos ácido sulfúrico fumegante (H2SO4 – SO3) avelocidade de sulfonação é aumentada e o equilíbrio é deslocadovelocidade de sulfonação é aumentada e o equilíbrio é deslocadocompletamente para o lado dos produtos. Neste caso, o eletrófiloeletrófilo emquestão é o SOSO33 que promove a sulfonaçãosulfonação:

15

Mecanismo da SulfonaçãoMecanismo da Sulfonação

Etapa 01Etapa 01

Etapa 02Etapa 02

Etapa 03Etapa 03

16

As reações de halogenação (bromaçãobromação e cloraçãocloração) ocorrem na

presença de Br2 e Cl2, os quais, por serem eletrófilos fracos exigemexigem aa

presençapresença dede catalisadores,catalisadores, taistais comocomo FeBrFeBr33 ee AlClAlCl33.

HalogenaçãoHalogenação

presençapresença dede catalisadores,catalisadores, taistais comocomo FeBrFeBr33 ee AlClAlCl33.

Na ausência dos catalisadores aa reaçãoreação nãonão ocorreocorre.

Br Br Não ocorreBr Br

Br

Br Br Não ocorrereaçãoFeBr3

17

O brometo de ferro (FeBr3) é um ácido de Lewis fraco, mas ele

combina-se com o bromo para formar um ácidoácido dede LewisLewis complexocomplexo.

BromaçãoBromação

18

BromaçãoBromação

19

Alquilação de Friedel-CraftsAlquilação de Friedel-Crafts

�� AlquilaçãoAlquilação dede benzenobenzeno comcom haletoshaletos dede alquilaalquila, na presença decloreto de alumínio (AlCl3), foi descoberto por CharlesCharles FriedelFriedel eJamesJames MM.. CraftsCrafts em 1877.

� Juntos eles desenvolveram o que hoje chamamos de FriedelFriedel--CraftsCrafts,um dos métodos mais úteis em química orgânica sintética.

Friedel Crafts

1832 - 1899 1839 - 191720

Alquilação de Friedel-CraftsAlquilação de Friedel-Crafts

�� HaletosHaletos dede alquilaalquila por si só nãonão sãosão suficientementesuficientemente eletrofílicaeletrofílicapara reagir com o benzeno.

� O cloretocloreto dede alumínioalumínio (AlCl(AlCl )) serve como um catalisador ácido de� O cloretocloreto dede alumínioalumínio (AlCl(AlCl33)) serve como um catalisador ácido deLewis para melhorar a electrofilicidade do agente alquilante.

21

Alquilação de Friedel-Crafts - MecanismoAlquilação de Friedel-Crafts - Mecanismo

22

Nas reações de alquilaçãoalquilação dede FriedelFriedel--CraftsCrafts, o eletrófiloeletrófilo envolvidoenvolvido éé

umum carbocátioncarbocátion, o qual pode ser obtido a partir de um haleto de

alquila:

Alquilação de Friedel-CraftsAlquilação de Friedel-Crafts

alquila:

de um alceno,

C

C H 3

H 3C

C H 3

C l A lC l30 oC

C

C H 3

H 3C

C H 3

H+

ou de um álcool:

OHH+..

.. OH2..

23

Alguns exemplos deste tipo de reação são dados abaixo:

H CH

Alquilação de Friedel-CraftsAlquilação de Friedel-Crafts

H

C

CH3

H3C

CH3

Cl+AlCl30 oC + HCl

H

+HO

álcool

H+

24

� Nas reaçõesreações dede alquilaçãoalquilação dede FriedelFriedel--CraftsCrafts utilizandoutilizando haletoshaletos dede

alquilaalquila primáriosprimários, pode ocorrer rearranjosrearranjos para que ocorra a

formaçãoformação dede carbocátionscarbocátions terciáriosterciários maismais estáveisestáveis.

Alquilação de Friedel-CraftsAlquilação de Friedel-Crafts

formaçãoformação dede carbocátionscarbocátions terciáriosterciários maismais estáveisestáveis.

� Um exemplo disto é dado abaixo:

+AlCl3Cl

25

Nas reações de alquilação de Friedel-Crafts utilizando haletos de

alquila primários, pode ocorrer rearranjosrearranjos para que ocorra a

formação de carbocátions terciários mais estáveis. UmUm exemploexemplo distodisto

Alquilação de Friedel-CraftsAlquilação de Friedel-Crafts

formação de carbocátions terciários mais estáveis. UmUm exemploexemplo distodisto

éé dadodado abaixoabaixo:

+AlCl3Cl

Rearranjo do Rearranjo do carbocátioncarbocátion

26

Outra versão da reaçãoreação dede FriedelFriedel--CraftsCrafts utiliza haletos de acila para

produzir acilbenzenosacilbenzenos:

Acilação de Friedel-CraftsAcilação de Friedel-Crafts

27

AnidridosAnidridos dede ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos também podem servir como fontefonte

dede cátionscátions acilaacila e, na presença de AlCl3, acilbenzenoacilbenzeno.

Acilação de Friedel-CraftsAcilação de Friedel-Crafts

28

Nas reações de acilaçãoacilação dede FriedelFriedel--CraftsCrafts, o eletrófiloeletrófilo em questão é o

íoníon acílioacílio, o qual que pode ser obtido a partir de:

Acilação de Friedel-CraftsAcilação de Friedel-Crafts

� cloretos de acila:

� anidridos:

O

O

O

..

..

AlCl3

O

O

O

AlCl3

..

-

+

O

C

O+

+

29

Com o íoníon acílioacílio ((eletrófiloeletrófilo)) formado, ocorre a reação em duas

etapas:

Mecanismo da AcilaçãoMecanismo da Acilação

30

Mecanismo da AcilaçãoMecanismo da Acilação

31

O anidrido succínico é um anidrido cíclico frequentemente

usado em acilações de Friedel-Crafts. DêDê aa estruturaestrutura dodo

produtoproduto obtidosobtidos quandoquando oo benzenobenzeno éé aciladoacilado comcom anidridoanidrido

ExercitandoExercitando

produtoproduto obtidosobtidos quandoquando oo benzenobenzeno éé aciladoacilado comcom anidridoanidrido

succínicosuccínico nana presençapresença dede cloretocloreto dede alumínioalumínio.

32

� Pelo fato da acilação de um anel aromático poder ser realizada sem

rearranjo, é frequentemente usado como o primeiro passo para um

processo para a alquilaçãoalquilação dede compostoscompostos aromáticosaromáticos por acilaçãoacilação-

Síntese de Alquilbenzenos via AcilbenzenosSíntese de Alquilbenzenos via Acilbenzenos

processo para a alquilaçãoalquilação dede compostoscompostos aromáticosaromáticos por acilaçãoacilação-

reduçãoredução.

� Quando um composto do tipo ArCHArCH22RR é desejada, uma sequênciasequência dede

duasduas etapasetapas é utilizado em que o primeiroprimeiro passopasso é uma acilação de

Friedel-Crafts:Friedel-Crafts:

33

� O segundo passo é a reduçãoredução do grupo carbonila (C=O) a um grupo

metileno (CH2). O método mais comumente utilizado para reduzir um

acilbenzeno a um alquilbenzeno emprega uma amálgamaamálgama dede mercúriomercúrio,

Síntese de Alquilbenzenos via AcilbenzenosSíntese de Alquilbenzenos via Acilbenzenos

acilbenzeno a um alquilbenzeno emprega uma amálgamaamálgama dede mercúriomercúrio,

zinco,zinco, ácidoácido clorídricoclorídrico concentradoconcentrado e é chamado de ReduçãoRedução

ClemmensenClemmensen.

� A síntese do butilbenzeno ilustra a sequência acilaçãoacilação-reduçãoredução.� A síntese do butilbenzeno ilustra a sequência acilaçãoacilação-reduçãoredução.

34

Até o momento, falamos apenas das reações do benzeno, isto é, um

anelanel aromáticoaromático semsem substituintessubstituintes. Entretanto, dados experimentais

mostrammostram queque substituintessubstituintes nono anelanel tornamtornam oo anelanel maismais oo menosmenos

Velocidade da S.E.A.Velocidade da S.E.A.

mostrammostram queque substituintessubstituintes nono anelanel tornamtornam oo anelanel maismais oo menosmenos

reativosreativos.

Por exemplo, temos a seguinte série de reatividade:

>>> >CH3 H CF3

>>> >

Dizemos que o grupo CHCH33 ativouativou o anel e que o grupo CFCF33 desativoudesativou

o anel.35

De modo geral:

� grupos doadores (possuem pares de elétrons livres) de elétrons

ativam o anel.

Velocidade da S.E.A.Velocidade da S.E.A.

� grupos retiradores de elétrons desativam o anel.

EsteEste fatofato éé dede fácilfácil entendimentoentendimento sese pensarmospensarmos queque anéisanéis maismais ricosricos

emem elétronselétrons serãoserão melhoresmelhores reagentesreagentes frentesfrentes aa eletrófiloseletrófilos.

R

- OH - OR - OCOR- NR3 - X

- CHO - COOH

- COCl

- COR

- COOR - NO2

R =

R =

ativadores

desativadores

36

Além de tornar o anel mais ou menos reativo, os substituintessubstituintestambémtambém influenciaminfluenciam diretamentediretamente nana preferênciapreferência dada posiçãoposição dedeentradaentrada dodo eletrófiloeletrófilo no anel.

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

Por exemplo, na seguinte reação temos a formação de 33 diferentesdiferentesprodutosprodutos, todavia, o segundosegundo éé oo minoritáriominoritário.

Neste caso, o grupo metilametila “orientou”“orientou” a entrada do grupo nitro,

preferencialmente, nasnas posiçõesposições ortoorto e parapara em relação a si.37

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

38

Neste outro exemplo, o grupo CFCF33 “orientou”“orientou” a entrada do gruponitro, preferencialmente, nasnas posiçõesposições metameta em relação a si.

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

Podemos concluir que os substituintessubstituintes doadoresdoadores de elétronsorientamorientam aa entradaentrada do novo substituinte nasnas posiçõesposições ortoorto ee parapara emrelação a si, e os substituintes retiradores de elétrons orientam aentrada nas posiçõesposições metameta.

Mas por quê?39

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

40

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

41

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

42

A explicação para estes comportamentos surge quando analisamos

asas estruturasestruturas dosdos carbocátionscarbocátions formados na primeira etapa da reação

de substituição eletrofïlica aromática (etapa determinante da

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

de substituição eletrofïlica aromática (etapa determinante da

velocidade da reação).

Quando o ataque se dá na posiçãoposição ortoorto, há a formação de um

carbocátion que possui uma estrutura de ressonância que pode ser

estabilizada pelo par de elétrons do grupo doador (NH2):

NH2

E

H

+::::

+

NH2

E

HNH2

E

H

++

NH2

E

H

E+

NH2

43

O mesmo fato ocorre quando o nucleófilo entra na posiçãoposição parapara.

NH2: +NH2

:NH2 :NH2

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

Todavia, esta possibilidade de estabilizaçãoestabilização dodo carbocátioncarbocátion inexisteinexiste

quando o ataqueataque dodo eletrófiloeletrófilo se dá na posiçãoposição metameta.

+

H E

+

EH

E+

H E

quando o ataqueataque dodo eletrófiloeletrófilo se dá na posiçãoposição metameta.

::

+

NH2

H

E

E+

NH2 NH2

H

E+

: :

+

NH2

H

E

44

Esta possibilidade de estabilização dos carbocátions formadosquando o eletrófilo entra nas posições ortoorto ou parapara o tornatorna maismaisestávelestável queque oo carbocátioncarbocátion formado quando o eletrófiloeletrófilo entraentra nanaposiçãoposição metameta.

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

posiçãoposição metameta.

Consequentemente, as energiasenergias dosdos estadosestados dede transiçãotransição dasdas etapasetapasdada formaçãoformação destesdestes carbocátionscarbocátions serãoserão dede menormenor energiaenergia e, portanto,a reaçãoreação porpor estesestes caminhoscaminhos seráserá maismais rápidarápida, levandolevando àà formaçãoformaçãopreferencialpreferencial dosdos isômerosisômeros ortoorto ee parapara.

45

Agora vamos analisar o efeitoefeito dede gruposgrupos retiradoresretiradores ligadosligados aoao anelanel

aromáticoaromático que sofrerá a S.E.A.

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

Quando o ataque se dá na posição ortoorto, há a formação de um

carbocátion que possui uma estrutura de ressonância que seráserá

desestabilizadadesestabilizada pelo grupogrupo retiradorretirador de elétrons (-COOH):

Ataque Orto

COOH

E+

COOH

E

H

+ +

COOH

E

HC

E

H

O OH

+

C

E

H

-O OH

+

+

46

O mesmo fato ocorre quando o nucleófilo entra na posiçãoposição parapara.

C+

-O OHCOOH

COOHCOOH

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

Todavia, esta possibilidade de desestabilizaçãodesestabilização dodo carbocátioncarbocátion

inexisteinexiste quando o ataqueataque dodo eletrófiloeletrófilo entra na posiçãoposição metameta.

Ataque Para

H E

E+

COOH

EH

+

H E

+

inexisteinexiste quando o ataqueataque dodo eletrófiloeletrófilo entra na posiçãoposição metameta.

Ataque Meta

H

E

COOH

+

+

H

E

COOHCOOH

E+

H

E

COOH

+

47

As desestabilizaçãodesestabilização dosdos carbocátionscarbocátions formados quando o eletrófilo

entra nas posições ortoorto ou parapara o torna maismais instávelinstável que o

carbocátion formado quando o eletrófilo entra na posição metameta.

Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.

carbocátion formado quando o eletrófilo entra na posição metameta.

Conseqüentemente, asas energiasenergias dosdos estadosestados dede transiçãotransição dasdas etapasetapas

dada formaçãoformação destesdestes carbocátionscarbocátions serãoserão dede maiormaior energiaenergia e, portanto,

a reaçãoreação porpor estesestes caminhoscaminhos seráserá maismais lentalenta, levando à formaçãoformação

preferencialpreferencial dodo isômeroisômero metameta.preferencialpreferencial dodo isômeroisômero metameta.

48

Orientação em S.E.A. - AtivadoresOrientação em S.E.A. - Ativadores

49

Orientação em S.E.A. - DesativadoresOrientação em S.E.A. - Desativadores

50

Observando na tabela anterior, nota-se que os halogênioshalogênios direcionadireciona aa

entradaentrada dosdos eletrófiloseletrófilos nasnas posiçõesposições ortoorto e parapara, mas desativadesativa oo anelanel

frentefrente aa reaçõesreações dede substituiçãosubstituição.

Efeitos Desativador dos HalogêniosEfeitos Desativador dos Halogênios

frentefrente aa reaçõesreações dede substituiçãosubstituição.

A nitração do cloroclorobenzenobenzeno é um exemplo típico:

A velocidadevelocidade dede nitraçãonitração dodo cloroclorobenzenobenzeno éé 3030 vezesvezes maismais lentalenta queque

aa dodo benzenobenzeno. Observa-se que os produtosprodutos majoritáriosmajoritários são o ortoorto-

cloronitrobenzeno e o para-cloronitrobenzeno.51

Este inconsistência entre regiosseletividade e velocidade de reação pode

ser entendida analisando os doisdois caminhoscaminhos pelos quais um halogênio

pode afetar a estabilidadeestabilidade dede umum cátioncátion cicloexadienilacicloexadienila.

Efeitos Desativador dos HalogêniosEfeitos Desativador dos Halogênios

11)) HalogêniosHalogênios sãosão eletronegativoseletronegativos – retiradorretirador dede eletrónseletróns. Assim, todos

os intermediários formados pelo ataque eletrofílico a um halobenzeno

são menos estáveis que o correspondente cátion cicloexadienila para o

benzeno. Portanto, halobenzenos são menos reativos que o benzeno.

52

22)) HalogêniosHalogênios podempodem atuaratuar comocomo doadoresdoadores dede elétronselétrons – da mesma

forma que o grupo hidroxila, substituintes halogênioshalogênios possuempossuem parespares dede

elétronselétrons desemparelhadosdesemparelhados que podem ser doados para um carbono

Efeitos Desativador dos HalogêniosEfeitos Desativador dos Halogênios

carregado positivamente.

EstaEsta doaçãodoação dede elétronselétrons parapara oo sistemasistema ππππππππ estabilizaestabiliza oo intermediáriointermediário

derivadoderivado aa partirpartir dosdos ataquesataques nasnas posiçõesposições ortoorto ee parapara.

53

Uma mistura dos efeitos indutivo e de ressonância varia de um halogênio

para outro, mas o resultado geral é que todostodos osos halogênioshalogênios sãosão gruposgrupos

desativantesdesativantes fracosfracos ee orientadoresorientadores ortoorto ee parapara.

Efeitos Desativador dos HalogêniosEfeitos Desativador dos Halogênios

XX

54

Quando o anel benzênico carrega dois ou mais substituintes, suas

reatividades e sítios de substituição, emem muitosmuitos casoscasos, podempodem serser

preditospreditos aa partirpartir dede efeitosefeitos cumulativoscumulativos dede seusseus substituintessubstituintes.

Efeitos de Substituintes MúltiplosEfeitos de Substituintes Múltiplos

preditospreditos aa partirpartir dede efeitosefeitos cumulativoscumulativos dede seusseus substituintessubstituintes.

O exemploexemplo maismais simplessimples é encontrado quando todos os sítios de

substituição são equivalentes, isto é, em qualquer lugar que ele

entrar levará à formação do mesmo produto:

CH3 CH3CH3

CH3

HNO3/H2SO4

CH3

NO2

CH355

Outra possibilidade é quando os substituintes do anel orientam para

as mesmas posições. Neste caso, dizemos que temos orientaçõesorientações

convergentesconvergentes.

Efeitos de Substituintes MúltiplosEfeitos de Substituintes Múltiplos

convergentesconvergentes.

No exemplo abaixo, o grupo metilametila e o grupo nitronitro orientam a entrada

do eletrófiloeletrófilo na mesma posição, ortoorto aoao grupogrupo metilametila.

CH3 CH33

NO2

Br2/FeBr3

CH3

Br

NO2

56

Outra possibilidade é quando os substituintes do anel orientam para

diferentes posições. Neste caso, dizemos que temos orientaçõesorientações

divergentesdivergentes.

Efeitos de Substituintes MúltiplosEfeitos de Substituintes Múltiplos

divergentesdivergentes.

NHCH3

Cl

Br2/CH3COOH

NHCH3

Br

ClCl

Cl

Nestes caso, será o grupo “maismais ativanteativante” que definirádefinirá aa posiçãoposição dede

entradaentrada do eletrófilo.

57

Existem casos ainda, onde os substituintes têm a mesma habilidade

em ativar o anel. Dizemos, então, que os efeitos de estabilização

eletrônicos são equivalentes. QuandoQuando istoisto ocorreocorre, seráserá oo efeitoefeito

Efeitos de Substituintes MúltiplosEfeitos de Substituintes Múltiplos

eletrônicos são equivalentes. QuandoQuando istoisto ocorreocorre, seráserá oo efeitoefeito

estéricoestérico queque definirádefinirá aa entradaentrada nono eletrófiloeletrófilo.

CMe

MeMe

HNO3/H2SO4

CMe

MeMe

CH3 CH3

NO2

Neste exemplo, oo eletrófiloeletrófilo entraráentrará nasnas proximidadesproximidades dodo grupogrupo

menosmenos volumosovolumoso.58

Efeitos de Substituintes MúltiplosEfeitos de Substituintes Múltiplos

Neste caso, osos efeitosefeitos eletrônicoseletrônicos sãosão equivalentesequivalentes e o volumevolume dosdos

gruposgrupos éé oo mesmomesmo.

CH3 estericamente impedida CH3

Todavia, a entrada entreentre osos doisdois gruposgrupos metilametila é mais dificultada que

nosnos outrosoutros sítiossítios dede substituiçãosubstituição.

CH3HNO3/H2SO4

CH3

NO2

59

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Como a posiçãoposição dodo ataqueataque eletrofílicoeletrofílico em um anel aromático é

controladacontrolada pelospelos efeitosefeitos dede substitsubstituintes já presentes no anel, a

preparação de compostoscompostos aromáticosaromáticos dissubstituídosdissubstituídos exige que opreparação de compostoscompostos aromáticosaromáticos dissubstituídosdissubstituídos exige que o

pensamento cuidadoso ser dada a ordem de apresentação dos dois

grupos.

Como sintetizar a m-bromoacetofenona?

60

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Como sintetizar a m-bromacetofenona?

Quando o bromo (orto-para dirigente) é introduzido antes, o principalproduto é a p-bromoacetofenona (junto com pequena quantidade do isômeroorto, o qual é separado por destilação).61

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Como sintetizar a m-nitroacetofenona?

62

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

� Quando a ordem inversa é tentada, observa-se que a acilaçãoacilação dede FriedelFriedel--CraftsCrafts falhafalha.

� Nem a acilação, nem a alquilaçãoalquilação dede FriedelFriedel--CraftsCrafts podem ser realizadas nonitrobenzeno.

� A presençapresença dodo grupogrupo nitronitro diminuidiminui muitomuito aa reatividadereatividade dasdas reaçõesreações,impedindoimpedindo--asas dede ocorrerocorrer.63

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Como sintetizar a m-cloroetilbenzeno?

64

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Síntese Regiosseletivade Compostos Aromáticos Dissubstituídos

Como sintetizar o ácido p-nitrobenzóico?

65

HidrocarbonetosHidrocarbonetos aromáticosaromáticos policíclicospolicíclicos sofremsofrem SS..EE..AA. quando

tratados com os mesmosmesmos reagentesreagentes queque reagemreagem comcom benzenobenzeno. Em

geral, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos sãosão maismais reativosreativos que

S.E.A. em NaftalenosS.E.A. em Naftalenos

geral, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos sãosão maismais reativosreativos que

o benzenobenzeno, por seremserem maismais ricosricos emem elétronselétrons.

Um exemplo é o naftalenonaftaleno, um biciclo fundido por uma das faces.

O naftalenonaftaleno sofresofre asas mesmasmesmas SS..EE..AA.. queque sofresofre oo benzenobenzeno, todavia, as

posições de entrada do nucleófilo nãonão apresentamapresentam nenhumanenhuma relaçãorelação

comcom aquelasaquelas vistasvistas nono benzenobenzeno.66

DoisDois sítiossítios sãosão disponíveisdisponíveis para a substituição no naftaleno, C1 e C2,

sendo C1 o sítio normalmente preferidopreferido parapara oo ataqueataque eletrofílicoeletrofílico.

S.E.A. em Naftalenos - RegiosseletividadeS.E.A. em Naftalenos - Regiosseletividade

C1

C2

67

S.E.A. em Naftalenos - RegiosseletividadeS.E.A. em Naftalenos - Regiosseletividade

Na ressonância alílica do íoníon arenoareno formadoformado apósapós oo ataqueataque emem CC22, ocaráter benzenóide do outro anel é sacrificado. Portanto, trata-se deum intermediáriointermediário menosmenos estávelestável dodo queque aqueleaquele formadoformado apósapós ooataqueataque emem CC11.

68

QuandoQuando oo naftalenonaftaleno forfor substituído,substituído, aa SS..EE..AA.. sempresempre ocorreráocorrerá nono

carbonocarbono CC11.

S.E.A. em Naftalenos - RegiosseletividadeS.E.A. em Naftalenos - Regiosseletividade

Todavia, aa substituiçãosubstituição ocorreráocorrerá sempresempre nono anelanel maismais ricorico emem elétronelétron.

OH

Br2/FeBr3

OH

Br

Br

NO2

Br2/FeBr3

NO2

Br

69

��HaletosHaletos dede arilaarila são compostos onde um halogêniohalogênio estáestá ligadoligado

diretamentediretamente aoao anelanel aromáticoaromático.

Haletos de ArilaHaletos de Arila

70

Haletos de Arila de Ocorrênica NaturalHaletos de Arila de Ocorrênica Natural

71

�As ligações C-X de haletoshaletos dede arilaarila sãosão maismais curtascurtas ee maismais fortesfortes

que asas ligaçõesligações CC--XX dede haletoshaletos dede alquilaalquila.

�Consequentemente, suasua reatividadereatividade éé diferenciadadiferenciada.

Haletos de Arila - ReatividadeHaletos de Arila - Reatividade

�Consequentemente, suasua reatividadereatividade éé diferenciadadiferenciada.

72

�� HaletosHaletos dede arilaarila são muitomuito menosmenos reativoreativo que haletos de alquila em

reaçõesreações dede substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica.

� Por exemplo, o clorocloro benzenobenzeno éé inerteinerte frente a íonsíons hidróxidoshidróxidos, a

Haletos de Arila - ReatividadeHaletos de Arila - Reatividade

� Por exemplo, o clorocloro benzenobenzeno éé inerteinerte frente a íonsíons hidróxidoshidróxidos, a

temperaturatemperatura ambienteambiente.

� A reação somente ocorre a temperaturastemperaturas maioresmaiores queque 300300 ooCC.

73

� Todavia, se o anelanel carregarcarregar umum ouou maismais gruposgrupos comcom grandegrande poderpoder

dede atrairatrair elétronselétrons ligadosligados aoao anelanel aromáticoaromático, é possível que o

mesmo sofrasofra reaçõesreações dede substituiçõessubstituições nucleofílicasnucleofílicas aromáticasaromáticas emem

Substituição Nucleofílica AromáticaSubstituição Nucleofílica Aromática

mesmo sofrasofra reaçõesreações dede substituiçõessubstituições nucleofílicasnucleofílicas aromáticasaromáticas emem

condiçõescondições maismais brandasbrandas.

� Os haletoshaletos dede arilaarila nitradosnitrados sãosão, portanto, ótimosótimos substratossubstratos para

as reações nucleofílicas aromáticas.

74

� É importante frisar que a quantidadequantidade ee posiçãoposição dosdos gruposgrupos nitronitro

influenciarãoinfluenciarão aa reatividadereatividade dodo haletohaleto dede arilaarila.

Substituição Nucleofílica AromáticaSubstituição Nucleofílica Aromática

Cl

NO2

NO2

Cl Cl

NO2

Cl

NO2

NO2

NO2

Reatividade aumenta

� O isômero metameta--nitroclorobenzenonitroclorobenzeno éé maismais reativoreativo queque oo

clorobenzenoclorobenzeno, mas é milharesmilhares dede vezesvezes menosmenos reativoreativo queque osos

isômerosisômeros ortoorto ee parapara.

75

Substituição Nucleofílica AromáticaSubstituição Nucleofílica Aromática

� O isômero metameta--nitroclorobenzenonitroclorobenzeno éé maismais reativoreativo queque oo

clorobenzenoclorobenzeno, mas é milharesmilhares dede vezesvezes menosmenos reativoreativo queque osos

isômerosisômeros ortoorto ee parapara.isômerosisômeros ortoorto ee parapara.

76

Dados experimentais também mostram que os iodetosiodetos dede arilaarila sãosão

osos menosmenos reativosreativos, enquanto os fluoretosfluoretos dede arilaarila sãosão osos maismais

reativosreativos. UmaUma constataçãoconstatação contráriacontrária aa observadaobservada nasnas reaçõesreações dede

Substituição Nucleofílica AromáticaSubstituição Nucleofílica Aromática

substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica emem carbonoscarbonos saturadossaturados.

X

KOMe

MeOH

OMe X Reatividade Rel.

F 312Cl 1,0

Br 0,8

aumenta

OO entendimentosentendimentos destasdestas observaçõesobservações éé obtidoobtido quandoquando analisamosanalisamos oo

mecanismomecanismo dada reaçãoreação.

NO2 NO2I 0,4

77

Na primeiraprimeira etapaetapa do mecanismo, a determinantedeterminante dada velocidadevelocidade da

reação, oo nucleófilonucleófilo sese adicionaadiciona aoao carbonocarbono queque carregacarrega oo halogêniohalogênio,

quebrando uma ligação pi e formando um carbânion.

Mecanismo de Adição-EliminaçãoMecanismo de Adição-Eliminação

quebrando uma ligação pi e formando um carbânion.

O carbânioncarbânion formadoformado podepode serser estabilizadoestabilizado por váriasvárias estruturasestruturas dede

Cl

N

O

O+

-

Nu:Cl

N

O

O

Nu+

--

O carbânioncarbânion formadoformado podepode serser estabilizadoestabilizado por váriasvárias estruturasestruturas dede

ressonânciaressonância.

Cl

N

O

O

Nu+

--

Cl

N

O

O

Nu+

--

Cl

N

O

O

Nu

+ -

-

78

A cargacarga negativanegativa dodo carbânioncarbânion giragira pelopelo anelanel, localizandolocalizando--sese nasnas

posiçõesposições ortoorto ee parapara, e é em uma posição ortoorto que encontra um

grupogrupo retiradorretirador ––NONO22 porpor ondeonde aa cargacarga negativanegativa podepode ressonarressonar,

Mecanismo de Adição-EliminaçãoMecanismo de Adição-Eliminação

grupogrupo retiradorretirador ––NONO22 porpor ondeonde aa cargacarga negativanegativa podepode ressonarressonar,

aumentandoaumentando oo númeronúmero dede formasformas dede ressonânciaressonância e,e,

consequentementeconsequentemente,, suasua estabilidadeestabilidade.

Cl

N

O

O

Nu+

--

Cl

N

O

O

Nu

+ -

-

Portanto, quantoquanto maiormaior forfor oo númeronúmero dede gruposgrupos nitronitro nestasnestas

posições,posições, maioresmaiores seráserá oo efeitoefeito estabilizadorestabilizador dosdos mesmosmesmos.

O-O+

79

NaNa segundasegunda etapaetapa, a final, a cargacarga negativanegativa restaurarestaura aa aromaticidadearomaticidade

dodo anelanel, expulsandoexpulsando oo halogêniohalogênio dodo anelanel.

Mecanismo de Adição-EliminaçãoMecanismo de Adição-Eliminação

Cl

N

O

O

Nu+

--

Nu

N

O

O

+-

80

�� TodoTodo mecanismomecanismo propostoproposto devedeve serser consistenteconsistente com as

observações experimentais.

Mecanismo de Adição-EliminaçãoMecanismo de Adição-Eliminação

� Vimos que a formaçãoformação dodo carbânioncarbânion éé aa etapaetapa determinantedeterminante da

velocidade da reação e, portanto, aa velocidadevelocidade dada reaçãoreação dependedepende

dasdas concentraçõesconcentrações dodo haletohaleto dede arilaarila ee dodo nucleófilonucleófilo. ConsistenteConsistente

comcom aa cinéticacinética dede segundasegunda ordemordem observadaobservada.

� O efeitoefeito cumulativocumulativo dosdos gruposgrupos nitrosnitros foi explicado no� O efeitoefeito cumulativocumulativo dosdos gruposgrupos nitrosnitros foi explicado no

mecanismo proposto.

� E por fim, devemos explicar a maiormaior reatividadereatividade dosdos fluoretosfluoretos dede

arilaarila.

81

NaNa etapaetapa determinantedeterminante dada velocidadevelocidade dada reaçãoreação, ocorre o ataque no

nucleófilo ao carbono que carrega o halogênio.

Mecanismo de Adição-EliminaçãoMecanismo de Adição-Eliminação

Portanto, quantoquanto maismais eletronegativoeletronegativo forfor esteeste halogêniohalogênio, mais

eletrofílicoeletrofílico seráserá oo carbonocarbono e, conseqüentemente, maismais facilmentefacilmente

seráserá oo ataqueataque dodo nucleófilonucleófilo.

Cl ONu:

Cl

N

O

O+

-

82

Quando analisamos a reação abaixo, vemos que ela não se enquadra

no mecanismo proposto.

Mecanismo de Eliminação-AdiçãoMecanismo de Eliminação-Adição

O haletohaleto dede arilaarila nãonão possuipossui gruposgrupos retiradoresretiradores dede elétronselétrons, e

X

NaNH2

NH2

NH3(l)

O haletohaleto dede arilaarila nãonão possuipossui gruposgrupos retiradoresretiradores dede elétronselétrons, e

nenhumanenhuma reaçãoreação éé esperadaesperada.

Todavia,Todavia, elaela ocorreocorre. Sendo assim, umum novonovo mecanismomecanismo devedeve serser

sugeridosugerido parapara taltal reaçãoreação.

83

Ao se realizar a reação com outro aromático, obteve-se uma

informação muito interessante.

Mecanismo de Eliminação-AdiçãoMecanismo de Eliminação-Adição

Além do produto da simples substituição do halogênio pelo

nucleófilo, verificouverificou--sese aa adiçãoadição dodo nucleófilonucleófilo aoao carbonocarbono vizinhovizinho àà

posiçãoposição ondeonde estavaestava oo halogêniohalogênio.

X

CH3NaNH

NH2

CH3 CH3 NH2

ComoComo explicarexplicar esteeste inesperadoinesperado resultado?resultado?

NaNH2CH3

NH3(l)

3 2

+

84

A resposta está no mecanismo de substituiçãosubstituição eliminaçãoeliminação--adiçãoadição.

Na primeira etapa, o grupogrupo amindetoamindeto (H(H22NN--),), fortemente básico, ataca

Mecanismo de Eliminação-AdiçãoMecanismo de Eliminação-Adição

Na primeira etapa, o grupogrupo amindetoamindeto (H(H22NN ),), fortemente básico, ataca

o hidrogênio do carbono vizinho gerando o ânionânion fenilafenila:

Cl

H- NH2

Cl

-

ânion fenila

85

O carbonocarbono dodo carbânioncarbânion se reibridiza levando o par de elétrons do

ânion fenila a formar o intermediário benzinobenzino, expulsandoexpulsando oo

halogêniohalogênio comocomo umum ânionânion.

Mecanismo de Eliminação-AdiçãoMecanismo de Eliminação-Adição

halogêniohalogênio comocomo umum ânionânion.

OcorreOcorre aa etapaetapa dede eliminaçãoeliminação.

86

Na etapaetapa seguinteseguinte (etapa(etapa dede adição)adição), o benzinobenzino sofre o ataqueataque dodo íoníon

amindetoamindeto, formando um outro “ânionânion fenilafenila”.

NH2

Mecanismo de Eliminação-AdiçãoMecanismo de Eliminação-Adição

NaNa etapaetapa finalfinal, o “ânion fenila” atacaataca aa amôniaamônia presentepresente nono meiomeio,

capturando um de seus prótons, formandoformando aa anilinaanilina.

- NH2

benzino

NH2

ânion fenil

-

a

capturando um de seus prótons, formandoformando aa anilinaanilina.

NH2

ânion fenila

- H NH2

NH2

H

87

Mecanismo de Eliminação-AdiçãoMecanismo de Eliminação-Adição

88

A importânciaimportância maiormaior destadesta reaçãoreação é que permitepermite oo acessoacesso a anilinaanilina ee

derivadosderivados, os quais permitem, por sua vez, oo acessoacesso aa inúmerasinúmeras

outrasoutras funçõesfunções orgânicasorgânicas atravésatravés dede umum intermediáriointermediário muitomuito útilútil emem

Sais de DiazônioSais de Diazônio

síntesesíntese orgânicaorgânica, o salsal dede diazôniodiazônio.

O salsal dede diazôniodiazônio é obtido a partir da reaçãoreação entreentre oo grupogrupo NHNH22 dada

anilinaanilina ee oo ácidoácido nitrosonitroso (HNO(HNO22))..

NH2 N2+

sal de diazônio

HNO2

89

A reaçãoreação dede formaçãoformação dodo salsal dede diazôniodiazônio ocorre através da reação do

grupo NH2 com o cátioncátion nitrosilanitrosila, formado da seguinte forma:

Sais de Diazônio - MecanismoSais de Diazônio - Mecanismo

N

O OH

..:

....

..

H+

..

:..

N

O OH

H

..+ +

:: +N O H2O

cátionnitrosila

90

O cátioncátion nitrosilanitrosila, por sua vez, sofre o ataque do grupogrupo aminoamino levando

ao salsal dede diazôniodiazônio através do seguinte mecanismo:

Sais de Diazônio - MecanismoSais de Diazônio - Mecanismo

NH H

:+::N O

cátionnitrosil

..+NH H

N O..

~ H

NH

N OH

+.... ..

....

+N

H

N OH

H..N:

~ H

NN O

H

H+

.. ..

..N

N

+

..HO

H

:

..+

91

A grande versatilidadeversatilidade sintéticasintética dos saissais dede diazôniodiazônio pode ser

verificada segundo o esquema abaixo. ObservamosObservamos queque escolhendoescolhendo oo

reagentereagente adequado,adequado, podemospodemos terter acessoacesso àà inúmerasinúmeras funçõesfunções

orgânicasorgânicas.

Sais de Diazônio - ReaçõesSais de Diazônio - Reações

orgânicasorgânicas.

N

N

+

Ar-OHHOH

Ar-IK I

HBF4/calor Ar-F

CuClAr-Cl

CuCNAr-CN

H3PO2

Ar-H92

Sais de Diazônio – Transformações SintéticasSais de Diazônio – Transformações Sintéticas

93

Sais de Diazônio – Transformações SintéticasSais de Diazônio – Transformações Sintéticas

94

Sais de Diazônio – Transformações SintéticasSais de Diazônio – Transformações Sintéticas

Como sintetizar?

95

Reações de AromáticosReações de Aromáticos

96

ExercíciosExercícios

Explique quais posições seriam preferencialmente nitradas.

97

ExercíciosExercícios

Qual o produto majoritário em cada reação?

98

ExercíciosExercícios

Mostre os produtos em cada reação em cada reação?

99

ExercíciosExercícios

Mostre os produtos em cada reação em cada reação?

100

ExercíciosExercícios

Mostre os produtos em cada reação em cada reação?

101

ExercíciosExercícios

Sugira sínteses para os seguintes compostos.

102

ExercíciosExercícios

Mostre os produtos em cada reação em cada reação?

103

ExercíciosExercícios

Mostre os produtos em cada reação em cada reação?

104

ExercíciosExercícios

Sugira sínteses para os seguintes compostos a partir do benzeno.

105

ExercíciosExercícios

Sugira uma síntese para o seguinte composto a partir do benzeno.

106

ExercíciosExercícios

Sugira sínteses para os seguintes compostos a partir do benzeno.

107