Reações de substituição: anel aromático (ENEM Química): Notas de revisão

Reações de substituição: anel aromático

Introdução

As reações de substituição em aromáticos são do tipo eletrofílica, onde um eletrófilo substitui um hidrogênio presente no benzeno. Essas substituições podem acontecer diretamente com o benzeno, ou em benzenos que já possuem radicais no anel.

Principais tipos de reações de substituição

Halogenação

Na presença de uma substância diatômica halogenada e um catalisador (como $\text{AlCl}_3$ ou $\text{FeCl}_3$), o benzeno pode reagir formando um produto halogenado através da saída de um hidrogênio e posterior entrada de um halogênio.

Reação geral: $\text{Benzeno} + \text{X}_2 \rightarrow \text{Produto halogenado} + \text{HX}$

Onde X = Cl, Br ou I

Nitração

Na presença de uma mistura de ácido nítrico e ácido sulfúrico sob aquecimento, o hidrogênio do benzeno é substituído pelo eletrófilo $\text{NO}_2^+$, levando à formação do nitrobenzeno e da água como subproduto.

Condições: $\text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4$ com aquecimento

Reação: $\text{Benzeno} + \text{HNO}_3/\text{H}_2\text{SO}_4 \xrightarrow{\Delta} \text{Nitrobenzeno} + \text{H}_2\text{O}$

Sulfonação

Na presença de ácido sulfúrico fumegante e sob aquecimento, o hidrogênio do benzeno é substituído pelo eletrófilo $\text{SO}_3\text{H}^+$, levando à formação do ácido benzenossulfônico e da água como subproduto.

Condições: $\text{H}_2\text{SO}_4$ fumegante com aquecimento

Reação: $\text{Benzeno} + \text{H}_2\text{SO}_4 \xrightarrow{\Delta} \text{Ácido benzenossulfônico} + \text{H}_2\text{O}$

Reações de Friedel-Crafts

As reações de Friedel-Crafts podem ser divididas em alquilação e acilação. Ambas apresentam o mesmo mecanismo, se diferindo apenas no tipo de grupo que substituirá o benzeno no anel.

Alquilação de Friedel-Crafts

Na alquilação de Friedel-Crafts, o hidrogênio será substituído por um grupo alquil, enquanto na acilação o hidrogênio será substituído por um grupamento acil. Dessa forma, na primeira, além do benzeno, tem-se como reagente um haleto de alquila, enquanto na segunda, tem-se como reagente um haleto de ácido.

Reação geral: $\text{Benzeno} + \text{R-X} \xrightarrow{\text{AlCl}_3} \text{Produto alquilado} + \text{HX}$

Catalisador: $\text{AlCl}_3$

Acilação de Friedel-Crafts

Reação geral: $\text{Benzeno} + \text{R-CO-X} \xrightarrow{\text{AlCl}_3} \text{Produto acilado} + \text{HX}$

Catalisador: $\text{AlCl}_3$

Reações de substituição em aromáticos monossubstituídos

Algumas reações orgânicas ocorrem em anéis aromáticos já substituídos. O primeiro grupo substituinte de um hidrogênio no anel benzênico orientará a posição na qual irá ocorrer preferencialmente a segunda substituição.

Essa primeira substituição será denominada grupo dirigente e poderá ser de dois tipos: orto/para dirigente ou meta dirigente.

Grupos orto/para dirigentes

Orientadores orto e para ou orientadores de 1ª ordem:

Esse tipo de orientador gera preferencialmente produtos nas posições orto e para. A principal característica desses orientadores é que eles possuem apenas ligações simples.

Exemplos de grupos orto/para dirigentes:

• $-\text{NH}_2$, $-\text{OH}$, $-\text{OCH}_3$, $-\text{CH}_3$, $-\text{CH}_2-\text{CH}_3$
• (radicais alquila), $-\text{F}$, $-\text{Cl}$, $-\text{Br}$, $-\text{I}$

Grupos meta dirigentes

Orientadores meta ou orientadores de 2ª ordem:

Esse tipo de orientador gera preferencialmente produtos com orientação meta. A principal característica desses orientadores é que eles possuem pelo menos uma ligação dupla, tripla ou dativa.

Exemplos de grupos meta dirigentes:

• $-\text{NO}_2$, $-\text{SO}_3\text{H}$, $-\text{COOH}$, $-\text{CHO}$, $-\text{CN}$

Exemplos práticos de reações