Prova de Orgânica 2

pirrol benzeno piridina SOLOMONS T W Graham Química orgânica v 2 12 Rio de Janeiro LTC 2018 1 recurso online ISBN 9788521635512 2 Substituição Eletrofílica Aromática C6H10 Br2 C6H10Br2 Enantiômero C6H6 Br2 X C6H4Br2 Enantiômero C6H6 Br2 Fe C6H5Br 75 Energia livre G vs Coordenada de reação with graph showing Complexo sigma and two products Produto de adição Produto de substituição C6H6 Br2 X C6H4Br2 C6H6 Br2 Fe C6H5Br 75 Reações de Substituição Eletrofílica Aromática C6H5H EA C6H5E HA EA é um reagente eletrofílico Tirosina um aminoácido da dieta Tiroxina um hormônio da tireoide 7 Reacoes de substituicao eletrofílica aromatica Mecanismo Geral da Substituição Eletrofílica Aromática Mecanismo Geral da Substituição Eletrofílica Aromática Etapa 1 EA Íon arênio A Etapa 2 HA E lenta E H E H E H B rápida E HB íon arênio um cátion cicloexadienila deslocalizado 10 Substituição Eletrofílica Aromática AEDE IUPAC 11 Substituição Eletrofílica Aromática pirrol benzeno piridina SOLOMONS T W Graham Química orgânica v 2 12 Rio de Janeiro LTC 2018 1 recurso online ISBN 9788521635512 Mecanismo Geral da Substituição Eletrofílica Aromática Etapa 1 EA E H A íon arênio Etapa 2 E H E HA A 14 Substituição Eletrofílica Aromática UM MECANISMO PARA A REAÇÃO Bromaçao Aromática Eletrofílica Etapa 1 BrBr FeBr3 BrBrFeBr3 O bromo se combina com o FeBr3 para formar um complexo Etapa 2 BrBrFeBr3 lenta H Br H Br FeBr4 íon arênio O anel benzênico doa um par de elétrons para o átomo de bromo mais próximo formando o íon arênio e neutralizando a carga positiva formal sobre o outro átomo de bromo Etapa 3 Br BrFeBr3 HBr FeBr3 Um próton é removido do íon arênio para formar o bromobenzeno e regenerar o catalisador 16 Antihistamínicos Clorofeniramina Chlortrimeton 10 vezes mais potente que a feniramina Bromofeniramina Dimetane um dos ingredientes ativos no Dimetapp tem efeitos que duram quase o dobro do tempo do Clorofeniramina 17 Antifúngicos azol azol é um anel aromático de cinco membros contendo dois átomos de nitrogênio normalmente contêm dois ou três anéis aromáticos adicionais pelo menos um dos quais está substituído com um halogênio Estudos de estruturaatividade revelaram que a presença de um átomo de halogênio é crítica para a atividade do fármaco Os halogênios estão nas posições orto e para Nas seções posteriores deste capítulo vamos ver por que as posições orto e para são mais facilmente halogenadas 18 Substituição Eletrofílica Aromática O acido sulfurico concentrado aumenta a velocidade da reacao atraves do aumento da concentracao do eletrofilo o ion nitronio NO2 UM MECANISMO PARA A REAÇÃO Nitrato de Benzeno Etapa 1 HO3SOH HON O H2SO4 HO N O HSO4 Nesta etapa o ácido nítrico recebe um próton do ácido mais forte o ácido sulfúrico Etapa 2 HO N O H2O N O íon nitrônio Uma vez protonado o ácido nítrico pode se dissociar para formar um íon nitrônio Etapa 3 N O lenta NO2 NO2 NO2 íon arênio O íon nitrônio é o eletrófilo na nitração reagindo com o benzeno para formar um íon arênio estabilizado por ressonância Etapa 4 NO2 HOH NO2 HO H Por fim o íon arênio perde um próton para uma base de Lewis formando o nitrobenzeno 20 Substituição Eletrofílica Aromática UM MECANISMO PARA A REAÇÃO Sulfonação do Benzeno Etapa 1 Este equilíbrio produz SO3 em H2SO4 concentrado Etapa 2 O eletrófilo SO3 reage com o benzeno para formar um íon arênio outras estruturas de ressonância Etapa 3 Um próton é removido do íon arênio para formar o íon benzenossulfonato Etapa 4 O íon benzenossulfonato recebe um próton formando o ácido benzenossulfônico 22 mecanismo de dessulfonação Todas as etapas na sulfonação estão em equilíbrio portanto a reação global é reversível Sulfonar o anel H2SO4 concentrado ou fumegante A posição do equilibrio e deslocada para a direita Dessulfonar o anel H2SO4 diluído Com uma alta concentracao de água a posição do equilbrio é deslocada para a esquerda ocorrendo a dessulfonaçao SEAr 23 Substituição Eletrofílica Aromática UM MECANISMO PARA A REAÇÃO Alquilação de FriedelCrafts Etapa 1 Esta é uma reação ácidobase de Lewis veja a Seção 3 Ocorre dissociação do complexo para formar um carbocátion e AlCl4 Etapa 2 O carbocátion atuando como um eletrófilo reage com o benzeno para produzir um íon arênio Um próton é removido do íon arênio para formar isopropilbenzeno Esta etapa também regenera o AlCl3 e libera HCl Quando RX é um halogeneto primário provavelmente não há formação de um simples carbocátion Em vez disso o cloreto de alumínio forma um complexo com o halogeneto de alquila e este complexo atua como o eletrófilo RCH2 Cl AlCl3 via alqueno secbutilbenzeno isopropilbenzeno cumeno via álcool SEAr 26 Substituição Eletrofílica Aromática SEAr 28 Substituição Eletrofílica Aromática Limitações das Reações de FriedelCrafts 1 Quando o carbocátion formado a partir de um halogeneto de alquila alqueno ou álcool pode sofrer rearranjo para um ou mais carbocátions que são mais estáveis o que normalmente ocorre os produtos principais são geralmente os provenientes dos carbocátions mais estáveis carbocátion primário carbocátion secundário 1clorobutano 2fenilbutano produto do rearranjo do carbocátion 65 1fenilbutano produto do carbocátion primário 35 deslocamento de hidreto 12 SEAr 32 Substituição Eletrofílica Aromática 1cloro22dimetilpropano 2metil2fenilbutano produto de rearranjo 100 22dimetil1fenilpropano produto do carbocátion 1ário 0 carbocátion 1ário carbocátion 3ário deslocamento de metila 12 SEAr 33 Substituição Eletrofílica Aromática produto principal produto secundário SEAr 34 Substituição Eletrofílica Aromática SEAr 35 Substituição Eletrofílica Aromática No text in the image AlCl3 Propilbenzeno HBr Isopropilbenzeno produto principal Propilbenzeno produto minoritário C6H6 C3H7Br AlCl3 C6H5C3H7 HBr Isopropilbenzeno produto principal Propilbenzeno produto minoritário C6H6 ClCOCH2CH3 AlCl3 C6H5COCH2CH3 HCl Cloreto de propanoíla Etil fenil cetona 90 C6H5COCH2CH3 ZnHg HCl refluxo C6H5C3H7 Etil fenil cetona Propilbenzeno 80 C6H5Br C6H5Cl C6H5NO2 C6H5SO3H and C6H5R as various substituted benzene derivatives with substituents in red 12dibromobenzeno ortodibromobenzeno odibromobenzeno 13dibromobenzeno metadibromobenzeno mdibromobenzeno 14dibromobenzeno paradibromobenzeno pdibromobenzeno X ipso orto meta para 1 2 3 4 5 6 Reações de derivados benzenóides 40 Toluene C6H5CH3 with HNO3 and H2SO4 react to form an unknown product Como os Substituintes Afetam a Reatividade Um benzeno substituído Reagente eletrofílico Íon arênio outras estruturas de ressonância A Se Z doa elétrons o anel está mais rico em elétrons e reage mais rapidamente com um eletrófilo Se Y retira elétrons o anel está mais deficiente de elétrons e reage mais lentamente com um eletrófilo Grupos Orientadores OrtoPara e Grupos Orientadores Meta Orientadores ortopara orientam o grupo de entrada predominantemente para uma posição orto ou para em relação a sua própria posição G é um orientador ortopara Produto orto Produto para Um orientador meta orienta o grupo de entrada predominantemente para uma posição meta em relação a sua própria posição G é um orientador meta Produto meta Substituintes que Doam e Retiram Elétrons Todos os grupos doadores de elétrons são grupos ativadores e orientadores ortopara Excluindo os halogênios todos os grupos retiradores de elétrons são desativadores e orientadores meta Os halogênios são grupos desativadores fracos e orientadores ortopara Se G doa elétrons o anel é ativado ele reage mais rapidamente e em posição orto ou para Se G retira elétrons o anel é desativado ele reage mais lentamente e em posição meta exceto quando G é um halogênio Grupos Orientadores OrtoPara Substituintes alquila são grupos doadores de elétrons e são grupos ativadores Eles também são orientadores ortopara Um grupo ativador O tolueno é mais reativo do que o benzeno frente à substituição eletrofílica CH3 HNO3 H2SO4 CH3 NO2 CH3 NO2 CH3 NO2 oNitrotolueno 59 pNitrotolueno 37 mNitrotolueno 4 Grupos que têm um par de elétrons não compartilhado sobre o átomo por exemplo oxigênio ou nitrogênio diretamente ligado ao anel aromático como os grupos amino hidroxila alcoxila amida ou éster são fortemente ativadores e orientadores ortopara NH2 Br2 H2O NH2 Br Br Br 246Tribromoanilina 100 OH Br2 H2O OH Br Br Br 246Tribromofenol 100 Reações de derivados benzenóides 50 Reações de derivados benzenóides 51 Os moderadamente ativantes doam elétrons ao anel por ressonância e retiram elétrons do anel indutivamente sendo aquele mais efetivo substituinte doando elétrons por ressonância ao anel benzênico substituinte doando elétrons por ressonância à carbonila substituinte retirando elétrons por indução Reações de derivados benzenóides 52 Ativador Desativador Substituintes Halo Desativadores e Orientadores OrtoPara Os grupos cloro e bromo são orientadores ortopara Entretanto apesar de eles conterem pares de elétrons não compartilhados eles são desativadores frente à substituição eletrofílica aromática devido ao efeito de eletronegatividade dos halogênios TABELA 151 Substituições Eletrofílicas do Clorobenzeno Reação Produto Orto Produto Para Total Orto e Para Produto Meta Cloração 39 55 94 6 Bromação 11 87 98 2 Nitração 30 70 100 Sulfonação 100 100 Resultados semelhantes são obtidos a partir de reações de substituição eletrofílica do bromobenzeno Ativadores Forte Moderado Fraco Desativadores Fraco X Cl Br ou I Moderado Forte orientadores ortopara orientadores meta XHalogênio Grupos Desativadores Orientadores Meta O grupo nitro é um grupo desativador muito forte e devido ao efeito combinado de eletronegatividade dos átomos de oxigênio e nitrogênio é um grupo que retira elétrons muito fortemente O grupo carboxila CO2H o grupo ácido sulfônico SO3H e trifluorometila CF3 também são grupos desativadores e orientadores meta Como os Substituintes Afetam a Substituição Eletrofílica Aromática Se G é um grupo doador de elétrons em relação ao hidrogênio a reação ocorre mais rapidamente do que a reação correspondente com o benzeno Se G é um grupo retirador de elétrons a reação é mais lenta que a do benzeno G doa elétrons O estado de transição é estabilizado O íon arênio é estabilizado Quando G é doador de elétrons a reação é mais rápida G retira elétrons O estado de transição é desestabilizado O íon arênio é desestabilizado Quando G é retirador de elétrons a reação é mais lenta 61 Considere o anel aromático monossubstituído visto a seguir Determine se esse anel aromático está ativado ou desativado Em seguida determine a força de ativaçãodesativação ou seja é forte moderada ou fraca Por fim determine os efeitos orientadores do grupo 62 substância vista a seguir tem dois anéis aromáticos Identifique qual o anel que se espera que seja mais reativo para uma reação de substituição eletrofílica aromática 63 A substância vista a seguir tem quatro anéis aromáticos Classifiqueos em termos de reatividade crescente para a substituição eletrofílica aromática 64 Identifique na substância vista a seguir a posição que é mais provável de ser submetida a uma reação de substituição eletrofílica aromática Efeitos Indutivo e de Ressonância Teoria da Orientação Efeito Indutivo O efeito indutivo de um substituinte G é proveniente da interação eletrostática da ligação polarizada de G com a carga positiva em desenvolvimento no anel quando este é atacado por um eletrófilo Se por exemplo G é um átomo ou um grupo mais eletronegativo do que o carbono então o anel estará na extremidade positiva do dipolo por exemplo G F Cl ou Br R alquila ou H G H R OH ou OR Grupos retiradores de elétrons com uma carga parcial ou total sobre o átomo diretamente ligado ao anel Efeito de Ressonância O efeito de ressonância de um substituinte G referese à possibilidade de que a presença de G possa aumentar ou diminuir a estabilização por ressonância do íon arênio intermediário O substituinte G pode por exemplo tomar uma das três estruturas de ressonância que contribuem para o híbrido de ressonância do íon arênio melhor ou pior do que quando G é hidrogênio Além disso quando G é um átomo que contém um ou mais pares de elétrons não compartilhados ele pode fornecer estabilização adicional ao íon arênio por contribuir com uma quarta estrutura de ressonância onde a carga positiva se localiza em G Mais doador de elétrons Menos doador de elétrons 69 O grupo trifluorometila e um orientador meta poderoso Grupos Orientadores OrtoPara Ao menos um par de elétrons não compartilhado assim como Anilina Fenol Clorobenzeno Ataque Orto Ataque Meta Ataque Para Contribuinte relativamente estável Contribuinte relativamente estável O efeito indutivo do átomo de cloro desativa o anel Ataque Orto Ataque Meta Ataque Para Devido ao efeito indutivo retirador de elétrons os grupos halo tornam o anel mais deficiente de elétrons do que o benzeno Isso faz com que a energia livre de ativação para qualquer reação de substituição eletrofílica aromática seja maior do que para o benzeno e portanto os grupos halo são desativadores Devido ao seu efeito doador de elétrons por ressonância no entanto os substituintes halo tornam a energia livre de ativação que leva à substituição em orto e para menor do que a energia livre de ativação que leva à substituição em meta Isso faz com que os substituintes halo sejam orientadores ortopara Orientação OrtoPara e Reatividade de Alquilbenzenos Estado de transição Íon arênio é é estabilizado estabilizado OH NHCOCH3 HO3S HNO3 HNO3 H2SO4 conc HNO3 H2SO4 conc OH NO2 NHCOR NO2 HO3S NO2 OH NO2 Reações de derivados benzenóides 78 Orientador meta desativante Reações de derivados benzenóides 81 Ao planejar a síntese de benzenos substituídos devemos considerar cuidadosamente a ordem na qual os substituintes serão introduzidos no anel orientador ortopara orientador meta Reações de derivados benzenóides 82 Ao planejar a síntese de benzenos substituídos devemos considerar não só a orientação mas também a ativação do anel se a opção inicial fosse a nitração jamais conseguiríamos acilar posteriormente pois o anel estaria desativado demais o substituinte propila de cadeia linear deve ser colocado por redução do produto acilado para evitar rearranjo do carbocátion Reações de derivados benzenóides 83 Síntese de benzenos tri e tetrassubstituídos ambos os substituintes metila e nitro dirigem a essas posições o substituinte que entra pnitrotolueno 24dinitrotolueno Reações de derivados benzenóides 84 ambos substituintes metila e cloro dirigem o substituinte que entra nas posições indicadas Reações de derivados benzenóides 85 OH dirige a esta posição CH3 dirige a esta posição p metilfen ol 2bromo4 metilfenol produto principal Reações de derivados benzenóides 86 Se os dois substituintes têm propriedades ativantes similares nenhum deles vai dominar e uma mistura de produtos será obtida Reações de derivados benzenóides 87