Arenos_aromaticidade_10-14ªaulas 2012-13

23-10-2012

1

Arenos e Aromaticidade

1

Arenos e Aromaticidade

5. ARENOS E AROMATICIDADE

5.1. Estrutura e nomenclatura do benzeno e derivados

5.2. Propriedades físicas

5.3. Estabilidade do benzeno: energia de ressonância

5.4. Regra de Hückel. Anulenos. Iões aromáticos. Compostos aromáticos policíclicos e heterocíclicos

5.5. Reacções de substituição aromática electrofílica no benzeno. Mecanismo

5.6. Efeito dos substituintes na orientação e reactividade

5.7. Reacções da cadeia lateral de alquilbenzenos

2

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2

Benzeno

3

Imatinib (Gleevec®) Bortezomib (Velcade®) Diazepam (Valium®)( ) ( ) p ( )

4

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3

Niverapine (Viramune®) Trimethoprim (Tripim®) Omeprazole (Prilosec®)p ( ) p ( p ) p ( )

5

5.1 Nomenclatura

Benzenos monosubstituídos

Prefixo correspondente seguido de benzenop g

F NO2

CCH3

CH3 CH3

Fluorbenzeno Nitrobenzeno (1,1-Dimetiletil)benzeno

tert-Butilbenzeno

6

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4

5.1 Nomenclatura

Benzenos disubstituídos

Numeração (IUPAC) ou indicação das posições (orto,meta e para)

RIpso

Orto (o-)

Meta (m-)

126

p )

Meta (m )

Para (p-)

3

4

5

7

5.1 Nomenclatura


Prefixos 1,2- (orto, o-)

Cl

Cl

CH3

CH3

Br

NO2

1,2-Diclorobenzeno

o-Diclorobenzeno

1,2-Dimetilbenzeno

o-Dimetilbenzeno

1-Bromo-2-nitrobenzeno

o-bromonitrobenzeno

Os substituintes são colocados pela ordem alfabética8

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5

5.1 Nomenclatura


Prefixos 1,3- (meta, m-)

Cl

Cl

Br

NO2

1,3-Diclorobenzeno

m-Diclorobenzeno

2

1-Bromo-3-nitrobenzeno

m-Bromonitrobenzeno

9

5.1 Nomenclatura


Prefixos 1,4- (Para, p-)

Cl

Cl

Cl

NO2

1,4-Diclorobenzeno

p-Diclorobenzeno

2

1-Cloro-4-nitrobenzeno

p-Cloronitrobenzeno

10

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6

5.1 Nomenclatura

Benzenos trissubstituídos

A numeração dos átomos de carbono do anel aromáticodeverá dar aos substituíntes o menor conjunto denúmeros

CH3

CH31

26

CH3

CH32

34

NO2

3

4

5

1,2-Dimetil-4-nitrobenzeno

Br15

6

1-Bromo-2,3-Dimetilbenzeno

11

5.1 Nomenclatura

Alguns nomes aceites pela IUPAC

CH3 NH2 OCH3

Tolueno(Metilbenzeno)

Anilina(Benzenamina)

Anisol(Metoxibenzeno)

CH3 CH3

CH3

o-xileno(1,2-Dimetilbenzeno)

m-xileno(1,3-Dimetilbenzeno) p-xileno

(1,4-Dimetilbenzeno)

3

CH3

3

CH3 CH3

12

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7

5.1 Nomenclatura

Alguns nomes aceites pela IUPAC

OH

Fenol(Benzenol)

CO2H CHO

Estireno(Vinilbenzeno)

Ácido benzóico(Ácido benzenocarboxílico)

Benzaldeído(Benzenocarbaldeído) 13

5.1 Nomenclatura

R

RPh Grupo FeniloRPh Grupo Fenilo

R

X RAr Grupo Arilo

CH2 R

RBz Grupo Benzilo(Fenilmetilo)

14

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8

5.2 Propriedades

A molécula de benzeno é planar e simétrica

Todas as ligações C-C são iguais

1,3-Butadieno:

C-C: 1.47 ÅC=C: 1.34 Å

15

Momentos dipolares

5.2 Propriedades

O momento dipolar dum areno é a soma dos vectorescorrespondentes a cada substituíntecorrespondentes a cada substituínte

Cl1.75 D

CH3

Cl1.94 D

Porquê a diferença de entre o clorobenzeno e oclorometano ?

16

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9

Momentos dipolares

5.2 Propriedades

Efeito indutivo e efeito de ressonância determinam

Cl

..

Cl + +Cl Cl Cl Cl+

-

+

-

+

-

17

Momentos dipolares

5.2 Propriedades

Cl

total

18

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10

Momentos dipolares

5.2 Propriedades

O momento dipolar é aditivo

Cl

Cl

1,75 D

1,75 DCl

total = 0

19

Momentos dipolares

5.2 Propriedades


Cl

Cl

1,75 D

1,75 D

Cl

CH3

1,75 D

0,37 DCl

total = 0

3

total = 2,12 DObs. 2.21 D

20

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11

Momentos dipolares

5.2 Propriedades


Cl

Cl

1,75 D

1,75 D

Cl

CH3

1,75 D

0,37 D

Cl

NO2

1,75 D

4,28 DCl

total = 0Obs. 0 D

3


2


O cálculo é válido para substituição em meta masnão em orto 21

5.3 Estabilidade e Reactividade

Entalpia de hidrogenação

Pt+ H2

Pt+ 2H2

H = - 28,6 kcal/mol

H = - 54,9 kcal/mol

e não –57,2 kcal/mol !

H = 2,3 kcal/mol = estabilização por conjugação

22

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H = ?

23



H = 3 x H + 3 x correcção

H = 3 x –28,6 + 3 x 2,3 = -78.9 kcal/mol

H observado para a hidrogenação do benzeno é– 49.3 kcal/mol

H = 29,6 kcal = Energia de ressonância24

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13



25


Reactividade

O benzeno, devido à aromaticidade, não reagecomo os dienos conjugados

Não reageMuito lento

H2, Pd KMnO4

Não reageNão reage

BenzenoH+, H2O Br2, CCl4

26

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14


Orbitais degeneradas(mesma energia)

27


28

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15

5.4 Regra de Hückel

A deslocalização de electrões (aromaticidade) podeocorrer noutros ciclosocorrer noutros ciclos

29

A deslocalização de electrões (aromaticidade) podeocorrer noutros ciclos


ocorrer noutros ciclos

Polienos cíclicos conjugados com:

Regra de Hückel

4n+2 electrões são aromáticos

4n electrões são anti-aromáticos

30

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16

Regra de Hückel e orbitais moleculares

A aromaticidade ou anti aromaticidade está


A aromaticidade ou anti-aromaticidade estárelacionada com as orbitais moleculares do sistemacíclico

Mnemónica para determinar a energia relativa dasorbitais moleculares do sistema cíclico

31




1. Desenhe um círculo

32

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17




2. Coloque o anel no circulocom uma ponta para baixo


33





3. Cada ponto onde opolígono (anel) toca nocirculo representa um nível


ENERGIde energia IA

34

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18





3. Cada ponto onde opolígono (anel) toca nocirculo representa um nível


ENERGIde energia

4. Distribuir os electrões.Começar na orbital demenor energia

IA

35

Os compostos aromáticos têm todas as orbitais moleculares ocupadas completamente preenchidas, sem electrõesd lh d



6 electrões

EN

desemparelhados

6 electrões ERGI A

Camada de valência completa

36

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19


Butadieno: 4 electrões


37




38

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20

Os compostos anti-aromáticos não têm todas as orbitaismoleculares ocupadas completamente preenchidas, e

l t õ d lh d



EN Camada de

lê i

possuem electrões desemparelhados

4 electrões ERGI A

valência incompleta

39




.

.NãoSim

Di radicalDi-radical

40

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21


Ciclo-octatetraeno: 8 electrões


41




42

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22




43




ENERGIA

44

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23



Não planar


45




46

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24


Ciclo-octatetraeno: reactividade


ENERK

+2-

Camada de valência completa

GIA

47

[10]-anuleno: 10 electrões

Anulenos maiores que C8H8

Vá i i ó ét i í i


HH H

Vários isómeros geométricos possíveis

Não planares ! Logo, não aromáticos !

48

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25

[18]-anuleno: 18 electrões

Anulenos maiores que C8H8


HH

H

HH

H

O primeiro anuleno planar e aromático a seguir ao [6]-anuleno

49

Iões aromáticos

Sistema ciclopentadienilo


H H H

..-+ H+ pKa = 16

..-

..-

..- etc

6 electrões 50

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26

Iões aromáticos



H

..-

H

51

Iões aromáticos

CH3CH3



CH3 O

O

CF3

CH3

CF3CH2OH

CH3

CH3 O

O

CF3

CH3

CF3CH2OH

CH3

CH3 OCH2CF3

CH3

CH3 OCH2CF3

3

CH3

k relativo 1014 1 52

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27

Iões aromáticos

Sistema ciclo-heptatrienilo


H HNaOEtEtOH

H.._

pKa = 39

8

53

Iões aromáticos



H HNaOEtEtOH

H.._

Anti-aromático

pKa = 39

8

54

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28

Iões aromáticos



H HNaOEtEtOH

H Cl

H.._

6

Anti-aromático

Rápido

H+

pKa = 39

8

55

Iões aromáticos



H HNaOEtEtOH

H Cl

H.._

6

Anti-aromático Aromático

Rápido

H+

pKa = 39

8

56

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29

5.4 Compostos Aromáticos Heterocíclicos

Piridina

N

Piridina

Aromático ?

57

2p

Piridina


N ..

.

..

.

.

.

sp2sp2

6 electrões no sistema cíclicoDe acordo com a regra de Huckel

58

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30

Aneis de 5 átomos


N

H

O S..

..

......

pirrol furano tiofeno

59

..- ..-

Aneis de 5 átomos


N

H

N

H

N

H

N

H

N

H

..+

..-+

..-+ +

O par de electrões não compartilhado está nosistema cíclicosistema cíclico

6 electrões no sistema cíclicoDe acordo com a regra de Huckel

60

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31

..

Aneis de 5 átomos


N H.

.

..

N

H

O S..

..

......

6,0 D 2,4 D 1,7 D 61

5.4 Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos

naftaleno antraceno

QUESTÃO: São todos os compostos constituídos por váriosaneis de benzeno fundidos, aromáticos?

fenantreno tetraceno

62

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32

6 10 14

5.4 Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos

naftaleno antraceno

1814

fenantreno tetraceno

Regra de Huckel: 4n+2 = 2, 6, 10, 14, 18, .. etc.

63

Um campo magnético externo H0 induz a circulaçãodos electrões do benzeno. Esta corrente electricagera um campo local, hlocal, na mesma direcção que

1H-RMN

5.4 Ressonância Magnética Nuclear

gera um campo local, hlocal, na mesma direcção queH0 na zona externa do ciclo

Desblindados Desblindados

64

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33

O efeito de desblindagem diminui com a distância

1H-RMN


H 7,27 ppm

CH32,35 ppm

65

1H-RMN


66

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34

Um protão colocado no centro do anel ficará blindado ?

1H-RMN


67

1H-RMN


CH2CH2

CH2 CH2CH2 -1.0 ppm

CH2CH2

CH2 CH2

CH2 CH2C

H

H

-1 4 ppm2.0 ppm

-1.4 ppm

68

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35

18 electrões

1H-RMN


HH

H

H H

H 8,9 ppm

HH

H

-1.8 ppm

69

SUBSTITUIÇÃO ELECTROFÍLICA AROMÁTICA

5.5 Substituição Electrofílica Aromática

Substituição electrofílica aromática no benzeno. Mecanismo do ião arénioNitraçãoHalogenaçãoSulfonaçãoAlquilação de Friedel-CraftsAcilação de Friedel-Crafts e reacções análogas

Substituição electrofílica aromática em benzenos substituídosOrientação e reactividade em benzenos monosubstituidosTratamento quantitativo da reactividade: factores parciais de velocidadeTratamento quantitativo da reactividade: factores parciais de velocidade Orientação e reactividade em benzenos dissubstituidosOrientação e reactividade noutros sistemas aromáticos

70

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36

O benzeno, tal como os alcenos, reage comelectrófilos. Porém, esta reacção em substituição dosátomos de hidrogénio: substituição electrofílica

á


aromática

H H

H

H H

E

+ E+X- + H+X-

H

H

H H

H

HElectrófilo

71

O mecanismo ocorre em dois passos:

1. Ataque electrofílico ao anel aromático:termodinamicamente desfavorável


H H E H E H E

+E+ +

termodinamicamente desfavorável

+

Perda de aromaticidade: a conjugação é interrompida !72

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37

H E H E H E

+ +

H E


+

+

++

Ião arénio

73

2. Eliminação do protão: termodinamicamentefavorável


favorável

H E H E H E E

+ ++ H+

+

Este passo é a força motriz da substituição electrofílicaaromática 74

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38


75

O benzeno é uma base mais fraca e um nucleófilomenos reactivo que os alcenos


H+

Base mais forte

Base mais fraca

Doa electrões rapidamente para um electrófilo.

Doação de electrões

H+

Base mais fraca çinterrompe a ressonância(36 kcal / mole).

É necessário um electrófiloforte e geralmente umcatalisador. 76

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39

Cl

Halogenação


Cl2FeCl3

Cl

ClH+ +

Cl

ClCl2+

77

Halogenação

1. A halogenação do benzeno tem um passo prévioformação do ião arénio: a activação do halogénio pelo


ç ç g pácido de Lewis:

Cl Cl Al Cl

Cl

Cl

Cl Cl Al Cl

Cl

Cl

Cl Cl Al Cl

Cl

Cl

........

: : ....:.. ..

....:.. ..

+

- -

+

Al Cl

Cl

Cl

78

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40

2. Ataque electrofílico ao anel aromático:

Halogenação


H H Cl

Cl Cl Al Cl

Cl

Cl

Cl Al Cl

Cl

Cl

+....:

.. ..

+

-+ ..

.. -

Bom grupo abandonante(halogénio com carga positiva)

79

3. Eliminação do protão:

Halogenação


ClCl H Cl Al Cl

Cl

Cl

H Cl Al Cl

Cl+:+

..

.. -

....

+

:

Cl

80

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41

O ácido de Lewis deverá conter átomos de halogénio

Halogenação


Br2

FeBr3

Br

BrH+ +

iguais aos da molecula X2

81

Halogenação

Cl

Cl

ClH+ +


Cl2 ClH+ +

C-H: 112 kcal/molCl-Cl: 58 kcal/mol

C-Cl: 96 kcal/molH-Cl: 103 kcal/mol

Balanço: -29 kcal/mol

82

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42

Halogenação

Br

Br

BrH+ +


Br2BrH+ +

C-H: 112 kcal/molBr-Br: 46 kcal/mol

C-Br: 81 kcal/molH-Br: 88 kcal/mol


83

Halogenação

F

F

FH+ +


F2FH+ +

C-H: 112 kcal/molF-F: 38 kcal/mol

C-F: 126 kcal/molH-F: 136 kcal/mol


Muito exotérmica ! Explosiva 84

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43

Halogenação

I

I

IH+ +


I2 IH+ +

C-H: 112 kcal/molI-I: 36 kcal/mol

C-I: 65 kcal/molH-I: 71 kcal/mol

Balanço: 12 kcal/mol

endotérmica ! Muito difícil 85

HNO3NO2

Nitração


HNO3

H2SO4

HNO3O

NHSO2CH3

O

NHSO2CH3

HNO3

H2SO4

NO2

Nimesulide 86

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44

Nitração

O átomo de azoto do ácido nítrico, HNO3, não é umelectrófilo, razão pela qual necessita de ser activado


O

N

-O

OH H OSO3H

O

N

-O

OH2OSO3H..

..: :

..::..+

: :

..::

-+

electrófilo, razão pela qual necessita de ser activado(p.e. H2SO4):

++

O

N

-O

OH2OH2N

O

O..+

: :

..::+ +

87

H H NO2O

Nitração


H NO2

N

O

O

++

NO2HO2N

H OSO3H

OSO3H

++

..

..-:

88

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45

Sulfonação


SO3

H2SO4

SO3H

Ácido benzenossulfónico

89

Sulfonação

O H2SO4 concentrado apenas consegue sulfonar obenzeno a temperaturas elevadas


benzeno a temperaturas elevadas

HSO3 OH H OSO3H OSO3HHSO3 OH2.... + -

+..

S OH2

O

O

OH OH2S

O

O OOSO3H H2SO4..

+: :

..

::

+..-

+

Tróxido de enxofre90

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46

Sulfonação

O H2SO4 fumante contem 8% de SO3 e coseguesulfonar o benzeno à temperatura ambiente


sulfonar o benzeno à temperatura ambiente

H H SO O

OS

O

O O

+

91

Sulfonação


H SO O

O SO3H

+

92

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47

Sulfonação

A sulfonação é reversível porque a hidratação do SO3 émuito exotérmica e pode ser efectuada em meio ácido


OH2

H2SO4

SO3H

93

O

Sulfonação

Mecanismo da reacção inversa:


H SO O

OHSO3H

H+

H

S

O

O O++

H Oirreversível

S OH

O

O

OH

H2Oirreversível

94

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48

Sulfonação

Os ácidos sulfónicos são precursores desulfonamidas, via os correspondentes cloretos de


PCl5SO3H SO2Cl

RNH2SO2NHR

sulfonilo

95

N

CH3

Sulfonação


SO2NHNH2

N

CH3

ON

Sulfametazina: antimalárico

SO2NHNH2

ON

CH3

Sulfametoxazole: antibacteriano

96

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49

Alquilação de Friedel-Crafts

Charles Friedel (1832-1899), Sorbonne, ParisJames Crafts (1839-1917), MIT, USA


Os haletos de alquilo podem reagir com o benzeno napresença de ácidos de Lewis (p.e. AlX3)

RX R

HX+

Permite a formação de ligações C-C

AlX3

HX+

97


A reactividade dos haletos de alquilo depende dapolarização da ligação C-X: R-I < R-Br < R-Cl < R-F


Ácidos de Lewis: AlCl3, AlBr3, FeCl3, BF3, SbCl5

polarização da ligação C-X: R-I < R-Br < R-Cl < R-F

CH3CH2Cl CH2CH33 2

AlCl3ClH+

28%

98

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50


Mecanismo da reacção inversa:


1. Coordenação do ácido de Lewis

RCH2 X AlX3AlX3RCH2 X..

.. +: ..

.. -

99


2. Ataque electrofílico:


q

H H CH2R

AlX3CH2 X

RAlX3X

++

.... -

.... -

+ :

100

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51


3. Perda do protão:


p

CH2RH CH2R

AlX3X.... -

:

AlX3 HX+

+ +

101


Os haletos de alquilo secundários e terciários formamd t b tiõ


os correspondentes carbocatiões:

R3C X AlX3AlX3R3C X..

.. +: ..

.. -

AlX3XR3C+

-....:

102

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52



H H CR3

AlX3X

R C

CR3

AlX HX+

.... -

+

:

+ +R3C AlX3HX+ +

103


AlCl3, CH3NO2


Cl

3 3 2

- HCl

31%

FH

62% 104

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53


A alquilação de Friedel-Crafts possui 2 reacçõeslaterais:


1. Poliaquilação

FeBr3

- HBrBr++

Os grupos alquilo são dadores de electrões e activam oanel aromático 105


A alquilação de Friedel-Crafts possui 2 reacçõeslaterais:


2. Rearranjos em carbocatiões alifáticos

AlCl3

HCl++

- HCl

Cl

106

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54

Acilação de Friedel-Crafts

Os haletos de acilo (RCOX) podem reagir com ob d á id d L i ( AlX )


benzeno na presença de ácidos de Lewis (p.e. AlX3)

CR

O

X AlX3 R

O

- HX

Permite a formação de ligações C-C

Cetonas aromáticas

107


O mecanismo envolve a formação de um ião acílio:


C XR

O

AlX3 C XR

OAlX3

AlX3XCR

O

....

:

: :

....

:

:+

..

: :.. -+

AlX3X CR O CR O..

- + .... ..

+:..

+

Ião acílio108

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55

HR

OR



H H O

CR O+

+

..

..

+OR OR

AlX3AlX3

+

109


Para destruir o composto de coordenação é necessáriodi i á fi l d ã


CCH3CH2

O

Cl

O

- HX+

1) AlCl3 (1,7 eq.)2) H2O, H+

adicionar água no final da reacção:

- HX

110

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56


A acilação de Friedel-Crafts pode usar anidridos comot il t


CCH3

O

O C

O

CH3

O

CH COOH+

1) AlCl3 (2 eq.)2) H2O, H+

agentes acilantes:

- CH3COOH

111


A acilação de Friedel-Crafts permite alquilar aneisaromáticos sem o problema da polialquilação:


CCH3

O

Cl

O

- HCl+

1) AlCl3 (2 eq.)2) H2O, H+

1) NaBH4

Br

) 4

2) HBr

LiAlH4

112

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57

Sumário: Funcionalização do benzeno

X

X2, FeX3 RX, AlX3HNO3, H2SO4 SO3, H2SO4

NO2 SO3H CORR

RCOXAlX3

113

5.6 Efeito dos substituintes

Substituição Electrofílica Aromática em Benzenos Monossubstituidos

114

23-10-2012

58

COOCH3 COOCH3

HNO3


NO2

O3

H2SO4

OMe OMe OMe

NO2

NO2HNO3

H2SO4

+

115

OMe OMe OMe

BrBr2

+


Br

+

NHCOCH3 NHCOCH3

Br

Br2

116

23-10-2012

59

Os factores que afectam a reactividade e aorientação da substituição electrofílica aromática


são de natureza:

1. ElectrónicaEfeito indutivoEfeito de ressonância

2 Estereoquímica2. Estereoquímica

117

Efeito indutivo

O efeito indutivo corresponde à polarização de ligações , diminuindo rapidamente com a distância :


D

p

Dadores de electrões, +I

A

Atractores de electrões, -I

D: CH3, outros grupos alquilo A: CF3, NR2, OR, F, Cl, Br, ICOR, CN, NO2, SO3H118

23-10-2012

60

O N- -

Efeito indutivo


C

O

OMe C

N

+

+

119

Efeito de ressonância

O efeito de ressonância corresponde à interacção entreo sistema aromático e orbitais do substituinte:


Dadores de electrões, +R

NR2, OR, F, Cl, Br, I

120

23-10-2012

61





D D D D+ + +

NR2, OR, F, Cl, Br, I

- :

-..

-:

121





NR2, OR: predomina o efeito +R

F, Cl, Br, I: predomina o efeito -I

122

23-10-2012

62




Atractores de electrões, -R

COR, CN, NO2, SO3H

O N OO-

C OMe C NOO

+

123

C

N

C

N

C

N

C

N- - -



C C C C

N

+

+

+

C

+

124

23-10-2012

63

1. Substituintes activantes do anel aromáticoaumentam a reactividade

Orientação e reactividade em benzenos monossubstituidos


-Dadores de electrões, +I: grupos alquilo

-Dadores de electrões, +R: NR2, OR, SH

2 Substituintes desactivantes do anel aromático2. Substituintes desactivantes do anel aromáticodiminuem a reactividade

-Atractores de electrões, -I: CF3, F, Cl, Br, I

-Atractores de electrões, -R: COR, CN, NO2, SO3H 125

X X

Orientação e reactividade em benzenos monossubstituidos


HNO3

H2SO4

NO2

X OH CH3 H Cl CO2Et CF3 NO2

krelativo 1000 25 1 3x10-2 4x10-3 3x10-5 6x10-8

126

23-10-2012

64

Orientação de substituintes activantes +I


CH3 CH3

Br

CH3

BrBr2

FeBr3

CH3

Br

+ +

Br

60% 39% 1%

Orientadores orto/para127

CH3 CH3

BrBr BrFeBr3

+ -

+


CH3

Br

CH3

Br BrFeBr3+ - +

CH3

Br

CH3

Br BrFeBr3+ -

+128

23-10-2012

65

CH3

Br

CH3

Br

CH3

Br+

+ +

129

CH3

Br

CH

CH3

Br

CH

CH3

Br

CH

+

+ +

CH3

Br

CH3

Br

CH3

Br+

+ +

130

23-10-2012

66

CH3

Br

CH3

Br

CH3

Br

C

+

+ +

CH3

Br

CH

CH3

Br

CH

CH3

Br

CH

+

+ +

CH3

Br

CH3

Br

CH3

Br

+

+

+

131

Orientação de substituintes desactivantes -I


CF3

HNO3

H2SO4

CF3

Br

100%

Orientadores meta132

23-10-2012

67

CF3 CF3

NO2

NO2

CF

++

CF3

NO2

CF

CF3

CF

NO2 ++

CF3

NO2

CF3

NO2++

133

CF3

NO2

CF3

NO2

CF3

NO2+

+ +

134

23-10-2012

68

CF3

NO2

CF3

NO2

CF3

NO2

C

+

+ +

CF3

NO2

CF3

NO2

CF3

NO2+

+ +

135

CF3

NO2

CF3

NO2

CF3

NO2

C CF

+

+ +

CF3

NO2

CF

CF3

NO2

CF

CF3

NO2

CF

+

+ +

CF3

NO2

CF3

NO2

CF3

NO2

+

+

+

136

23-10-2012

69

Orientação de substituintes activantes +ROH OH

BrBrBr2


Br

NH2 NH2

BrBrB

Br

BrBrBr2

Orientadores orto/para 137

Orientação de substituintes activantes +R

Como controlar a substituição electrofílica comsubstituintes +R ?


138

23-10-2012

70




NH

O

CH3 NH

O

CH3

HNO3

NH

O

CH3

O2N

NO2

H2SO4

79% 21%

139




NH

O

CH3 HN

O

CH3

..

..: : -

+

140

23-10-2012

71

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2+

++

+..

141

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2+

++

+..

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2+

+ +

142

23-10-2012

72

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2+

++

+..

NH2

NO2

NH2

NH2

NO2

NH2

NH2

NO2

NHNH

+

+ +

+..

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2

+

+

+

+

143

Orientação de substituintes desactivantes -R


CO2H

Br

CO2H

Br

CO2H

HNO3

Br

CO2H

HSO4

+ +

Br

1% 19% 80%

Orientadores meta144

23-10-2012

73

Orientação dos substituintes deactivantes –I, +R


Br Br

Br

Br

BrBr2

FeBr3

Br

Br

+ +

Br

85% 13% 2%

Orientadores orto/para145

Sumário:


146

23-10-2012

74

Sumário:


147

148

23-10-2012

75


Substituição Electrofílica Aromática em Benzenos Di-Substituidos

149

X

Y

X X

Substituição electrofílica em benzenos di-substituidos


Y

E+

Y

E+ E+

Substituição em orto, meta ou para ?

Os factores que afectam a orientação da substituição sãode natureza electrónica e estereoquímica 150

23-10-2012

76


1. Substituintes activadores fortes controlam a posiçãode substituição (+R > -R; +R > -I; +R > +I)


151




OH

HNO3, H2SO4

OH

NO2

CH3 CH3

Produto principal

152

23-10-2012

77




OH

HNO3, H2SO4

OH

NO2

OH

NO2O2N

+

CH3 CH3 CH3

Produto principal Produto menor

153




OH

HNO3, H2SO4

OH

NO2

NO2 NO2

154

23-10-2012

78




CO2H

OMe

155




CO2H

OMe

156

23-10-2012

79




CO2H

OMe HNO3, H2SO4

CO2H

OMe

O N

CO2H

OMe

NO

+

O2N NO2

Maior Menor

157


2. Substituintes do mesmo tipo competem entre si,podendo originar misturas


158

23-10-2012

80




CH3

HNO3, H2SO4

CH3

NO2

CH3

NO+

CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3

NO2

159




Br

HNO3, H2SO4

Br

NO2

Br Br

160

23-10-2012

81




COOH

NO2

HNO3, H2SO4

NO2

161




COOH

NO

HNO3, H2SO4

COOH

NO2O2NNO2NO2O2N

162

23-10-2012

82


3. A substituição orto em substituintes volumosos ouentre 2 substituintes não ocorre


163




CH3

HNO3, H2SO4

CH3

NO2

164

23-10-2012

83




CH3

NO2

165




CH3

NO2

166

23-10-2012

84




CH3

NO2

HNO3, H2SO4

CH3

NO2

CH3

NO2

O2N

+

2 2

NO2

2

167

Substituição electrofílica em benzenos poli-substituidos ?


168

23-10-2012

85



CH3

CH3CH3

C(CH3)3

169



NH2

CH3CH3

CH3

170

23-10-2012

86



CH3

O2N

COOHCOOH

171



NO2

COOH

NO2

CH3

172

23-10-2012

87

Interconversão de grupos funcionais para modificar orientação da substituição electrofílica aromática


173


C


NH2

Como preparar:

Br Br NO2

NH2

NO2

174

23-10-2012

88


1. Interconversão entre NO2 e NH2


2 2

NO2NH2

BrBr

175




NO2NH2NO2

2 2

BrBr

176

23-10-2012

89




NO2 NH2Zn(Hg), HCl

Fe, HCl

Sn HCl

2 2

Sn, HCl

H2, Ni

177





NO2NH2NO2

Br2, FeBr3 Fe, HCl

2 2

Br Br

178

23-10-2012

90


2. Interconversão entre grupos C=O e CH2


g p 2

O

Br Br

179




O O

g p 2

Br Br

180

23-10-2012

91




RRO

H2, Pd

g p 2

2

181




RRO

Zn(Hg), HCl

g p 2

( g),

Redução de Clemmensen182

23-10-2012

92




R RO

CrO3, H2SO4, H2O

g p 2

3, 2 4, 2

183




OO

Br2, FeBr3H2, Pd

g p 2

BrBr

2 3 2

184

23-10-2012

93


3. Sulfonação reversível


ç

SO3H

NO2 NO2

185




ç

SO3H SO3H

NO2 NO2

186

23-10-2012

94




ç

SO3H SO3H

NO2 NO2

187




ç

NO2NO2

SO3HSO3H

SO3 HNO3

H2SO4H2SO4 conc.

H+

, H2O

22

188

23-10-2012

95


4. Interconversão entre NH2 e NHCOR


NO

2

NH2

NO2

189




NO NO

SO3H SO3H

2

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2NH2

O grupo NH2 é orientador orto/para e reage com electrófilos (SO3 e NO2

+) 190

23-10-2012

96




SO3H SO3H

2

NHCOCH3

NO2

NHCOCH3

NO2

NHCOCH3NHCOCH3

191




2

SO3H

CH3CCl

O

Piridina

SO3

H2SO4 conc

NHCOCH3NH2 NHCOCH3

Piridina 2 4

192

23-10-2012

97




2

NO

SO3HSO3H

NO

HNO3

H SO

H2O, H+ H2O, H

+

NHCOCH3

NO2

NHCOCH3

NO2

NHCOCH3NH2

NO2H2SO4

193


5. A acilação de Friedel-Crafts não ocorre em arenos


çdesactivados

COCH3

?NO2

?

194

23-10-2012

98


5. A acilação de Friedel-Crafts não ocorre em arenos


çdesactivados

COCH3COCH3

NO2

195



O OH

a partir de

NHCOCH3

Fenacetina (anti-pirético)196

23-10-2012

99


Orientação e Reactividade Noutros Sistemas Aromáticos

197

Orientação noutros sistemas aromáticos


N

Naftaleno Piridina

198

23-10-2012

100



HNO3

H2SO4

NO2

NO2

Maior MenorMaior Menor

199



OH

HNO3

H2SO4

OH

NO

NO2

OH

NO2

Maior Menor

200

23-10-2012

101



NO2

HNO3

H2SO4

NO2NO2 NO2

NO2

MaiorMenor

201

Br2Br



NFeBr3

N

A piridina é menos reactiva que o nitrobenzeno. A nitraçãoda pridina só ocorre em condições drásticas

HNO NO2

Volhardt & Schore, Cap. 25, pp. 1118-1122

NCH3 CH3

HNO3

H2SO4NCH3 CH3

202

23-10-2012

102

5.7 Reacções em alquilbenzenos

Reactividade do carbono benzílico

203

Halogenação por radicais livres


CH3 CH2 Cl

Cl2

hh

204

23-10-2012

103



205

CH2 H CHCl .



2 CH2

CH Cl Cl CH2 ClCH2 Cl Cl

Cl

.

+

206

23-10-2012

104

R-Cl Velocidade relativa

Solvólise de R-OTs em etanol

Catiões benzílicos

CH2+


relativa

9

100

OTs

OTs

CH2105

1010

OTs

OTs

+

207

Br CN

-CN

S 2

SN2 versus SN1


Br CNSN2

208

23-10-2012

105

CH2 H CH2:-

Acidez do sistema benzilo


2 CH2

H+

+ pKa 41

209


CH2 H CH2:-


2 CH2

H+

+ pKa 41

CH2

H

CH2

HCH2

H

CH2

-+ H +

:pKa = 40

210

23-10-2012

106



CH2 CH2 CH2 CH2-:

-: :-

- ..

211



CH3 CH2

BuLi

Li

THF

212

23-10-2012

107

Oxidação

Oxidações benzílicas com KMnO4 e K2Cr2O7:


CO2H

KMnO4, HO-

H+

1)

2)

CO2H

213

Oxidação

Oxidações benzílicas com CrO3:


CrO3, H2SO4

O

R

CrO3

R

OH

R

O 214

23-10-2012

108

Oxidação

Oxidações benzílicas com MnO2:


OH

OMe

OMe

MnO2

acetona OH

OMe

OMe

OH O

215

Reduções

Reduções de éteres e álcoois benzílicos com H2/Pd(hidrogenólise):


CH2

O

R

H Pd C

CH3

H2, Pd-CR OH+

216

23-10-2012

109

Ph

Reduções

O grupo benzilo é um grupo protector da função OH:


O

O

O

OH

OH

OMe O

O

O

O

O

OMe

Ph

NaH, THF

PhCH2Br

O

OH

OH

O

O

SMe

Ph

Ph

O

OH

OH

OH

OH

SMe

H2, Pd-C

217

FIM

218

Arenos_aromaticidade_10-14ªaulas 2012-13

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