Benzeno/ Radicais Dirigentes/ Efeito indutivo do anel

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
TRABALHO DE QUIMICA ORGÃNICA
BENZENO
ACADÊMICOS: BRUNA THAIS STUANI
 MONIQUE GRABRIELY VANZIN
 
PROFESSOR : ADRIANO QUADROS
FEVEREIRO DE 2016.
BENZENO E SUAS UTILIZAÇÕES E PRECAUÇÕES 
O benzeno é utilizado de diversas maneiras na indústria, podemos encontra-lo no nosso dia a dia, podendo ser expostos a diferentes níveis de concentração. O seu metabolismo apresenta grande toxidade podendo ocasionar até mesmo câncer. Descoberto por Michael Faraday em 1825, ele se tornou um composto presente em diversos aspectos da nossa vida.
O benzeno se apresenta em condições como um líquido incolor de aroma doce característico. Mas seu vapor não deve ser aspirado já que ele é altamente tóxico e inflamável, seus vapores causam de imediato, tonturas e em grande quantidade até inconsciência e confusão mental. A intoxicação por benzeno acontece mais comumente em indústrias de petróleo e metalúrgica.
 A longo prazo, a inalação de benzeno é associada inclusive como causa de certos tipos de câncer, como leucemia. Outros compostos aromáticos são o naftaleno, antraceno, tolueno, fenol entre outros. Existe legislação que demanda até qual concentração a exposição é segura.O benzeno é utilizado como matéria prima nas indústrias químicas, refino de petróleo, gasolina entre outros.
O melhor tipo de petróleo, o petróleo aromático, possui compostos aromáticos em abundância na sua composição. A região do Oriente Médio é rica nesse tipo de petróleo.
Apresenta o fenômeno daaromaticidade. Caracterizada por haver um anel, que apresenta uma estabilidade maior do que a esperada para a sua composição. Isso se deve aos elétrons que circulam pela sua cadeia.
O benzeno possui duas formas de ressonânciaaceitáveis que, para melhor entendimento, digamos que se alternam e assim estabilizam todas as ligações. Uma das provas dessa alternância entre as formas é que todas as ligações carbono-carbono do benzeno são do mesmo tamanho. Um comprimento intermediário entre a dupla ligação e a ligação simples. Por isso a estrutura mais provável de um benzeno é uma mistura entre suas duas formas de ressonância.
Ressonância do benzeno.
Fórmula do benzeno.
A exposição ao benzeno pode se dar de diversas maneiras, principalmente através da fumaça de cigarros, escapamento de veículos e emissão industrial.
A reatividade do Benzeno não pode ser comparada com a reatividade de cadeias abertas que possuem ligações duplas. A grande estabilidade do Benzeno faz com que ele reaja de maneira diferente. Por exemplo, uma reação conhecida é a de adição de Bromo em uma dupla ligação. A ligação é quebrada e cada átomo de Bromo se adiciona a cadeia como se fosse umhidrogenio. Isso não acontece no Benzeno. Nele acontece uma substituição eletrofílica aromática, isso é um dos hidrogênios é substituído por um dos Bromos. Os reagentes que geralmente atacam o benzeno são os eletrófilos, ou seja,ele tem afinidade por elétrons.
REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÕES 
As reações de substituição são baseadas na troca entre componentes de dois reagentes diferentes. Os compostos de maior estabilidade possuem ligações saturas e são mais propícios a sofrer esse processo. Desta forma, o benzeno também pode realizá-lo.
O benzeno possui em sua estrutura três ligações duplas, ou seja, uma ligação pi e uma sigma e essas ligações sofrem alternância com as ligações simples isto ocorre para dar maior estabilidade a estrutura do benzeno.
Existem cinco reações de substituição que pode ocorrer no benzeno e são elas: halogenação, nitração, sulfonação, alquilação e acilação.
Na halogenação, o benzeno interage com halogênios (Br2, Cl2 e I2), sempre com a presença de um catalisador, que pode ser um sal inorgânico (AlCl3, FeCl3 e FeBr3). Em geral ocorre a troca do hidrogênio do benzeno pelo átomo do halogênio, assim, resultam na formação de um haleto orgânico e um hidreto halogenado.Como por exemplo:
Equação que representa uma halogenação do benzeno pela utilização do cloro molecular (Cl2).
A nitração, tem o benzeno que interage com o ácido nítrico (HNO3), sempre com a presença do catalisador ácido sulfúrico (H2SO4) e aquecimento. Ocorre basicamente da mesma maneira da alogenação com a troca de um hidrogênio do benzeno pelo grupo NO2 do ácido. O resultado é a formação de um nitrocomposto e água. Como demonstrado na figura a seguir.
Equação que representa a nitração do benzeno pela utilização do ácido nítrico.
Através da sulfonação o benzeno interage com o ácido sulfúrico (H2SO4), sempre com a presença do catalisador trióxido de enxofre (SO3) e aquecimento. Basicamente ocorre da mesma maneira das demais com a troca de um hidrogênio do benzeno pelo grupo SO3H do ácido. O resultado é a formação de ácido sulfônico e água, como demonstrado na imagem seguinte:
Equação que representa uma sulfonação do benzeno pela utilização do ácido sulfúrico.
Na alquilação o benzeno interage com um haleto orgânico (R-X), sempre com a presença do catalisador tricloreto de alumínio (AlCl3) e aquecimento. Assim como nos demais casos o hidrogênio do benzeno é trocado pelo grupo R (substituinte orgânico) do haleto. O resultado é a formação de um hidrocarboneto aromático ramificado e um ácido inorgânico (HX) que é possível identificar na imagem a seguir:
Equação que representa uma alquilação do benzeno pela utilização do cloro metano.
Com a acilação o benzeno interage com um haleto de ácido, que pode ser representado pelo cloreto de etanoíla. A reação acontece com a presença do catalisador tricloreto de alumínio (AlCl3) e ocorre a troca de um hidrogênio do benzeno por todo o grupo do haleto de ácido (com exceção do halogênio-X). O resultado é a formação de uma cetona e um ácido inorgânico (HX). Veja um exemplo:
Equação que representa uma acilação do benzeno pela utilização do cloreto de etanoíla.
 
3. RADICAIS DIRIGENTES NO ANEL BENZÊNICO
Como o anel aromático tem um átomo ligado ao anel benzênico, as substituições posteriores serão influenciadas por ele, então este grupo é dito como “orientador” da substituição de hidrogênio desse anel. Esta orientação pode ser meta ou orto-para-dirigente. 
No caso do radical meta-dirigente, a posição da substituição se dá na posição meta, que representa as posições 3 e 5 em relação ao substituinte que orienta. Os principais grupos que são meta-dirigentes normalmente apresentam ligações duplas, triplas ou dativas. Esses radicais, também chamados de desativantes, são, —NO2 , —SO3H, —COOH, —CHO e —CN.
Esses grupos dificultam a reação e orientam a entrada do segundo grupo para a posição meta. 
Já nos radicais orto-para-dirigentes há formação de dois produtos, um em orto e outro em para, isto é, as posições 2, 4 e 6 em relação ao radical. Os principais grupos que são orto-para-dirigentes são também chamados de ativantes são, —NH2, —OH, —OCH3, radicais alquila —CH3 e —CH2—CH3, e os halogênios F, Cl, Br, I.
Esses grupos facilitam a reação e orientam a entrada de um segundo grupo para as posições orto e para. A única exceção são os halogênios que, embora sejam orientadores orto e para, dificultam a entrada de um segundo substituinte no anel aromático.
4. EFEITO INDUTIVO NO ANEL BENZÊNICO
Se tivermos um grupo já ligado a um anel benzênico e quisermos realizar uma segunda reação de substituição aromática, esses próximos substituintes serão orientados pelo grupo já existente. Isso significa que o grupo já ligado irá influenciar na reatividade e na direção em que o próximo grupo substituinte irá se ligar no anel.
Existem alguns grupos, denominados ativantes, que facilitam a entrada do próximo grupo substituinte e orientam as posições orto e para do anel benzênico. Já outros grupos, chamados de desativantes, dificultam a nova reação e orientam o grupo substituinte para a posição meta.
Essas influências ocorrem em razão do chamadoefeito eletrônico exercido pelo grupo já ligado sobre o anel. Assim, se o grupo já presente for elétron-doador, tendo tendência de doar elétrons para o anel benzênico favorecerá a ocorrência da reação de substituição seguinte. Isso ocorre porque o grupo que irá “atacar” o anel benzênico é eletrófilo que são íons positivos e sua preferência é atacar regiões negativas, com excesso de elétrons. Nessa situação o anel benzênico está com alta densidade eletrônica, o que torna a reação mais fácil de ocorrer. Nesse caso, o grupo dirigente atua como um ativante ou orto-para-dirigente. 
Já se o grupo dirigente retirar elétrons do anel benzênico, é denominado elétron-receptor, isso dificultará a ocorrência da reação, agindo, portanto, como desativante ou meta-dirigente. Isso acontece pelo mesmo motivo explicado para o caso anterior, o anel benzênico fica com uma menor densidade eletrônica e dificulta o ataque do eletrófilo
REFERENCIAS
http://www.infoescola.com/quimica/funcao-fenol/
http://www.tutorbrasil.com.br/forum/quimica-organica/reacoes-organicas-t25596.html
http://brasilescola.uol.com.br/quimica/efeitos-eletronicos-radicais-meta-orto-para-dirigentes.htm
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/efeito-indutivo-no-anel-benzenico.htm