reações de substituição em aromaticos

Prévia do material em texto

Reações deReações de
Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Departamento de Química Orgânica e Inorgânica
Química 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
E
n
t
a
l
p
i
a
 
d
e
 
H
i
d
r
o
g
e
n
a
ç
ã
o
- 28,6 Kcal/mol
- 54,9 Kcal/mol
- 78,9 Kcal/mol
- 49,3 Kcal/mol
Energia de
Estabilização
do 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., Organic
Chemistry: Structures &
Function, 3rd Ed., 1999.
8
Na segunda etapa, uma basebase atacaataca oo prótonpróton do carbono onde se
ligou 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 elétrons
desta ligação volta para o sistema pi do anel, restabelecendo a
aromaticidade do sistema.
9
Mecanismo x Diagrama de EnergiaMecanismo x Diagrama de Energia
lento
rápido
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 sulfúricosulfúrico
concentradoconcentrado (H(H22SOSO44))..
SulfonaçãoSulfonação
Quando utilizamos ácido sulfúrico fumegante (H2SO4 – SO3) a
velocidade de sulfonação é aumentada e o equilíbrio é deslocadovelocidade de sulfonação é aumentada e o equilíbrio é deslocado
completamente para o lado dos produtos. Neste caso, o eletrófiloeletrófilo em
questão 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 ocorre
reaçãoFeBr3
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 de
cloreto de alumínio (AlCl3), foi descoberto por CharlesCharles FriedelFriedel e
JamesJames 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 - 1917
20
Alquilação de Friedel-CraftsAlquilação de Friedel-Crafts
�� HaletosHaletos dede alquilaalquila por si só nãonão sãosão suficientementesuficientemente eletrofílicaeletrofílica
para 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 de
Lewis 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 l3
0 oC
C
C H 3
H 3C
C H 3
H+
ou de um álcool:
OH
H+..
.. 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+
AlCl3
0 oC + HCl
H
+
HO
álcool
H+
24
� Nas reaçõesreações dede alquilaçãoalquilação dede FriedelFriedel--CraftsCrafts utilizandoutilizando haletoshaletosdede
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 substituintessubstituintes
tambémtambém influenciaminfluenciam diretamentediretamente nana preferênciapreferência dada posiçãoposição dede
entradaentrada dodo eletrófiloeletrófilo no anel.
Orientação em S.E.A.Orientação em S.E.A.
Por exemplo, na seguinte reação temos a formação de 33 diferentesdiferentes
produtosprodutos, 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 grupo
nitro, 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 elétrons
orientamorientam aa entradaentrada do novo substituinte nasnas posiçõesposições ortoorto ee parapara em
relação a si, e os substituintes retiradores de elétrons orientam a
entrada 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
H
NH2
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 formados
quando o eletrófilo entra nas posições ortoorto ou parapara o tornatorna maismais
estávelestável queque oo carbocátioncarbocátion formado quando o eletrófiloeletrófilo entraentra nana
posiçãoposição 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 formaçãoformação
preferencialpreferencial 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
H
C
E
H
O OH
+
C
E
H
-O OH
+
+
46
O mesmo fato ocorre quando o nucleófilo entra na posiçãoposição parapara.
C+
-O OH
COOH
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
CH3
55
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
Cl
Cl
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.
C
Me
Me
Me
HNO3/H2SO4
C
Me
Me
Me
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.
CH3
HNO3/H2SO4
CH3
NO2
59
Síntese Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Síntese Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Como a posiçãoposição dodo ataqueataque eletrofílicoeletrofílico em um anel aromático é
controladacontroladapelospelos 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 Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Síntese Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Como sintetizar a m-bromacetofenona?
Quando o bromo (orto-para dirigente) é introduzido antes, o principal
produto é a p-bromoacetofenona (junto com pequena quantidade do isômero
orto, o qual é separado por destilação).61
Síntese Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Síntese Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Como sintetizar a m-nitroacetofenona?
62
Síntese Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Síntese Regiosseletiva
de 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 no
nitrobenzeno.
� A presençapresença dodo grupogrupo nitronitro diminuidiminui muitomuito aa reatividadereatividade dasdas reaçõesreações,
impedindoimpedindo--asas dede ocorrerocorrer.63
Síntese Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Síntese Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Como sintetizar a m-cloroetilbenzeno?
64
Síntese Regiosseletiva
de Compostos Aromáticos Dissubstituídos
Síntese Regiosseletiva
de 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, o
caráter benzenóide do outro anel é sacrificado. Portanto, trata-se de
um intermediáriointermediário menosmenos estávelestável dodo queque aqueleaquele formadoformado apósapós oo
ataqueataque 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 312
Cl 1,0
Br 0,8
aumenta
OO entendimentosentendimentos destasdestas observaçõesobservações éé obtidoobtido quandoquando analisamosanalisamos oo
mecanismomecanismo dada reaçãoreação.
NO2 NO2
I 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 O
Nu:
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
CH3
NaNH
NH2
CH3 CH3 NH2
ComoComo explicarexplicar esteeste inesperadoinesperado resultado?resultado?
NaNH2
CH3
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 O
H
..
:
..
..
..
H+
..
:
..
N
O O
H
H
..
+ +
:: +N O H2O
cátion
nitrosila
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
N
H H
:
+
::N O
cátion
nitrosil
..
+N
H H
N O
..
~ H
N
H
N O
H
+..
.. ..
....
+
N
H
N O
H
H..
N:
~ H
N
N O
H
H
+
.. ..
..
N
N
+
..H
O
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-I
K I
HBF4/calor Ar-F
CuCl
Ar-Cl
CuCN
Ar-CN
H3PO2
Ar-H
92
Sais de Diazônio – TransformaçõesSintéticasSais 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