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Reações de Compostos Aromáticas
PublicouBenício Diniz Alterado mais de 4 anos atrás
Apresentação em tema: "Reações de Compostos Aromáticas"— Transcrição da apresentação:
1 Reações de Compostos Aromáticas
Cuidado!!! Veneno!!! Embora muito utilizado na síntese orgânica e frequentemente usado como solvente, o benzeno é muito tóxico. Seus maiores danos são no SNC e no tecido ósseo. A exposição crônica ao benzeno causa anemia e leucemia. Vários relatos de operários de indústrias químicas que contraíram leucemia existem na literatura médica. Uma concentração de apenas 1 ppm na atmosfera já representa um alto fator de risco. Por isso, muitas vezes os químicos optam pelo tolueno, como solvente; vários produtos que tinham benzeno passaram a utilizar o tolueno. Embora também cause danos no SNC, não provoca anemia ou leucemia. Os "cheiradores de cola" buscam justamente os efeitos no SNC do tolueno quando utilizam a cola. Esta é uma atividade extremamente prejudicial...
2 Reações de Compostos Aromáticas
O benzeno é uma molécula planar envolvida por duas "roscas" de nuvens elétrons p, abaixo e acima do plano do anel. Como consequência, o benzeno é um nucleófilo, e é facilmente atraído por um eletrófilo (Y+).
3 Ácidos e Bases de Lewis Ácido de Lewis: Qualquer molécula ou íon que pode formar uma nova ligação covalente, recebendo um par de elétrons. Base de Lewis: Qualquer molécula ou íon que pode formar uma nova ligação covalente pela doação de um par de elétrons.
4 A reação do benzeno para formar um derivado de substitutuição tem um DGo muito próximo a zero, enquanto que para formar um derivado de adição não aromático é bastante endergônica Consequentemente, compostos aromáticos como o benzeno ou derivados sofrem reações de substituição eletrofílica (um eletrólifo substitui um hidrogênio) mais facilmente do que reações de adição eletrofílica. Exatamente o oposto que é observado com os alcanos.
5 As cinco reações de substituição eletrofílicas aromáticas mais comuns são:
>Halogenação: um halogênio (Br, Cl ou I) substitui um hidrogênio; >Nitração: um grupo nitro (NO2) substitui um hidrogênio; >Sulfonação: um grupo de ácido sulfônico (SO3H) substitui um hidrogênio; >Acilação de Friedel-Crafts: um grupo acil (RC=O) substitui um hidrogênio; >Alquilação de Friedel-Crafts: um grupo alquil (R) substitui um hidrogênio
6 Todas estas reações parecem seguir o mesmo mecanismo genérico
Todas estas reações parecem seguir o mesmo mecanismo genérico. Inicialmente, um par de elétrons do anel benzeno ataca um eletrófilo (Y+), formando um intermediário carbocátion. A estrutura do carbocátion pode ser estabilizada por três contribuições ressonantes. No segundo passo da reação, um próton do anel é atacado por um nucleófilo do meio, e o elétron que ligava o próton ao anel fica disponível para reestabelecer a aromaticidade.
7 Halogenação do Benzeno
Mesmo sem olhar no diagrama de energia apresentado anteriormente, podemos prever que o primeiro passo é que é a etapa lenta, determinante da velocidade da reação: neste passo é que ocorre a perda da aromaticidade do anel. O segundo passo deve ser rápido, pois devolve a estabilidade ao composto Halogenação do Benzeno Eletrófilos : o cloro, o bromo e o iodo Necessário a presença de um ácido de Lewis (FeCl3 ou FeBr3) como catalisador
8 Como tanto o FeBr3 como o FeCl3 reagem com a humidade do ar e se tornam inativos, eles são gerados in situ. Para tanto, adiciona-se limalha de ferro à mistura reacional. 2 Fe + 3 Br22 FeBr3 A cloração do benzeno ocorre pelo mesmo mecanismo que a bromação. Já o iodo eletrófilo (I+) é obtido pela oxidação do I2 com um agente oxidante, tal como o ácido nítrico.
9 Nitração do Benzeno A nitração requer: ácido sulfúrico como um catalisador - ele protona o ácido nítrico, que, perdendo água, gera o íon nitrônio, o eletrófilo requerido para a nitração. Uma base qualquer (B = H2O, HSO4-) presente na mistura reacional pode remover o próton do anel, no segundo passo da substituição aromática.
10 Sulfonação do Benzeno A preparação do ácido benzenossulfônico envolve a adição de uma solução concentrada de ácido sulfúrico ou, ainda, uma solução fumegante (SO3 dissolvido em H2SO4), para sulfonar o anel
11 Necessário: ácido de Lewis como catalisador -AlCl3
Os ácidos sulfônicos são ácidos fortes. Isto se deve a forte estabilização de sua base conjugada. O íon tem 3 oxigênios que podem exibir ressonância e estabilizar a carga. A sulfonação do benzeno é uma reação reversível; se o ácido benzenossulfônico é aquecido em uma solução ácida, ocorre a reação de substituição reversa, isto é, o hidrogênio toma o lugar do grupo SO3 Acilação de Friedel-Crafts Na acilação de Friedel-Crafts, um grupo acila (RC=O) substitui um hidrogênio no anel benzênico. Para tanto, é necessário se aumentar a eletrofilicidade do carbono carbonílico. Tanto um haleto de acila ou um anidrido ácido podem ser usados para este fim. Necessário: ácido de Lewis como catalisador -AlCl3 Este aceita um par de elétrons do haleto ou do anidrido, liberando o grupo acila eletrofílico (íon acílio).
12 Alquilação de Friedel-Crafts
Tanto a acilação como a alquilação de Friedel- Crafts envolvem o uso do AlCl3 como ativador do eletrófilo. No caso da alquilação, o eletrófilo é um carbocátion (R+). Outros haletos de alquila, como brometos, fluretos ou iodetos, também podem ser utilizados. Haletos de vinila ou de arila não funcionam, pois seus carbocátions são muito instáveis
13 O produto da reação - um alquilbenzeno - é mais reativo do que o próprio benzeno. Para evitar a alquilação de um benzeno já alquilado, então, utiliza-se um excesso de benzeno na reação. Neste caso, o carbocátion tem mais chance de encontrar uma molécula de benzeno não-substituído, e formam-se, preferencialmente, apenas benzenos mono-substituídos
14 Os carbocátios podem sofrer rearranjos antes da reação com o anel aromático; muitas vezes, obtém-se misturas de isômeros alquil-benzeno. O rearranjo ocorre na direção do carbocátion mais estável - uma regra geral é a de que quanto mais substituído for o carbono, mais estável é o carbocátion. As quantidades relativas dos isômeros formados depende da estabilidade alcançada com o rearranjo.