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Substituição eletrofílica em compostos aromáticos e heterocíclicos. Mecanismos de substituição nucleofílica (adição-eliminação, eliminação-adição e de SRN1
Tipologia: Slides
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Brondani, (2020), afirma que a aromaticidade confere uma estabilidade adicional aos compostos químicos. Portanto, a perda da aromaticidade representaria a formação de uma espécie menos estável, sendo desfavorecida. Sendo assim, reações de adição não ocorrem em sistemas aromáticos, pois haveria a formação de um produto não aromático. Ao contrário, reações de substituição levam a perda transitória da aromaticidade para formação de um intermediário, porém a aromaticidade é restituída para formação do produto aromático. Portanto, sistemas aromáticos reagem somente por substituição. As reações mais características dos hidrocarbonetos aromáticos são as reações de substituição aromática eletrofílica (SArE) que ocorrem quando eles reagem com eletrófilos substituindo um dos átomos de hidrogênio. Os eletrófilos (E+) são íons positivos ou alguma outra espécie deficiente em eletrões , com uma carga parcial positiva grande. (autor, ano) Segundo Ceray, (2011) os reagentes que reagem com o anel aromático do benzeno e seus derivados são eletrófilos. As substituições aromáticas eletrofílicas permitem a introdução direta de uma grande variedade de grupos ao anel aromático e, por esta razão fornecem rotas sintéticas para muitos compostos importantes. As cinco (5) substituições aromáticas eletrofílicas mais importantes são as reações de halogenação; a nitração; a sulfonação ; alquilação e acilação
De acordo com Carey, (2011) a primeira ação/etapa que ocorre no mecanismo de Substituição Eletrofílica em Sistemas Aromáticos (SEAr) é a complexação do eletrófilo (E+) com o sistema p, formando o complexo p. Essa formação é, no entanto, reversível e transitória. O carbocatião formado nessa etapa é um ião arênio ou catião ciclo - hexadienila, e é estabilizado pela deslocação de eletrões representadas pela ressonância entre as estruturas contribuintes A maior parte da estabilização por ressonância do benzeno se perde quando ele é convertidos no intermediário catião ciclo-hexadienila. Apesar de ser alílico, um catião ciclo- hexadienila não é aromático e possui apenas uma fração da estabilização por ressonância do benzeno
Após a sua ressonância, ocorre a segunda etapa, onde o catião ciclo-hexadienila perde rapidamente um protão, restaurando a aromaticidade do anel e resultando no produto da substituição eletrofilica aromática. A sua forma geral fica da seguinte maneira : Autor (ano) afirma que existe evidência experimental sólida de que o ião arênio é um intermediário verdadeiro nas reações de substituição eletrofílica. Ele não é um estado de transição. O perfil energético de uma reação de substituição eletrofílica genérica pode ser observado na figura abaixo. Onde o estado de transição (ET) que leva a formação do ião arênio é o de maior energia (ET1). Cinética da equação de substituição de eletrofílicas aromáticas Tanto o ciclo aromático quanto o eletrófilo participam da etapa determinante da velocidade e, são importantes para a equação da velocidade da reação que é de primeira ordem em relação a cada um deles e, portanto, de segunda ordem global: (Brondani, 2020) V = K [Sist. Ar][Eletrófilo] Principais substituições eletrofílicas aromáticas
De acordo com o procedimento usual para preparar bromobenzeno, o bromo é adicionado ao benzeno na presença de ferro metálico e a reação é aquecida. O bromo é um eletrófilo muito fraco para reagir a uma velocidade apreciável com o benzeno. Um catalisador que aumenta as propriedades eletrofílicas do bromo deve estar presente. De alguma forma os pregos de carpete fazem isso. O catalisador ativo não é o próprio ferro, mas o brometo de ferro(III), formado pela reação do ferro com o bromo. 2Fe q Alquilação de Friedel-Crsfts do benzeno Em 1877 um químico francês, Charles Friedel, e seu colaborador norte-americano, James M. Crafts, descobriram novos métodos para a preparação dos alquilbenzenos e dos acilbenzenos. Os haletos de alquila reagem com o benzeno na presença do cloreto de alumínio para produzir alquilbenzenos. Os haletos de alquila sozinhos são insuficientemente eletrofílicos para reagir com o benzeno. O cloreto de alumínio age como catalisador ácido de Lewis para converter haletos de alquila terciários e secundários em carbocátions, que então alquilam o anel aromático. q Acilação de Friedel-Crsfts do benzeno O eletrófilo em uma reação de acilação de Friedel-Crafts é um cátion de acila (também conhecido como íon acílio). Os cátions acila são estabilizados por ressonância. O cátion acila derivado do cloreto de propanoila é representado pelas duas formas de ressonância