Reações na posição benzílica

RKA6GM - Reações que ocorrem na posição benzílica são muito importantes para a solução de problemas de síntese. Então, veremos alguns exemplos. Começaremos com a adição de bromo dos radicais livres de alquilbenzenos. Aqui está o aquilbenzeno, aqui temos o anel de benzeno, e eu tenho um grupo alquil ligado a ele, então, este é o carbono. E, neste carbono, está a posição benzílica. Então, este será um hidrogênio benzílico ligado a este carbono, o que é necessário para esta reação. Há outros 2 átomos ligados a este carbono. Se adicionarmos NBS no calor, este é o mecanismo de radicais livres. Geralmente adiciona-se algo, como peróxido, para obter 1 bromo adicionado à posição benzílica no lugar deste hidrogênio. Então, vamos ver uma rápida reação. Vou pegar o propilbenzeno, vou desenhá-lo aqui. Então, temos 3 carbonos e, para isto, eu preciso de NBS em meio do calor. Você pode fazer isso usando um solvente, como o carbono tetracloreto, ou algum peróxido, adicione algum peróxido para iniciar seu mecanismo radical. Temos três carbonos. Então, há 1, 2, 3 carbonos para um propilbenzeno no nosso grupo alquil. Mas, o único que está na posição benzílica, claro, é este aqui, então, é aí que vamos adicionar o nosso bromo. Vou aqui em frente e esboçar o produto. Temos os 3 carbonos, mas o bromo vai acrescentar-se exclusivamente à posição benzílica, bem aqui. E se eu olhar para os hidrogênios que eu tenho anexado neste carbono, vamos desenhá-los, temos 1 hidrogênio aqui e outro aqui, e nós deixamos com apenas 1 hidrogênio. Vou destacá-lo. Vou colocá-lo de cor-de-rosa. Então, se voltarmos a esta reação geral, este hidrogênio benzílico, eu poderia dizer que é um destes dois. Vou seguir em frente e dizer que é este aqui. Vou escolher este aqui. E assim, o outro hidrogênio está ligado a este carbono e ainda é deixado para o nosso produto final. Então, o bromo tomou o lugar de um destes hidrogênios benzílicos. Agora, por que a reação ocorre apenas na posição benzílica? É porque neste mecanismo você forma um radical, então, vou desenhar o radical. Olhe para esta reação aqui. Portanto, o radical para a reação de propilbenzeno, temos aqui o anel benzeno, e já perdemos o hidrogênio em cor-de-rosa. Agora, ficamos apenas com o hidrogênio azul, como este aqui. E nós teremos um elétron não emparelhado aqui neste carbono, e porque este radical, este elétron, está do lado deste anel de benzeno, poderemos desenhar algumas estruturas de ressonância. Então, eu pego 1 elétron e vou movê-lo aqui, como uma flecha de uma ponta só. E então, a partir desta ligação, eu peguei um destes elétrons e os movi para cá, e o outro poderia sair deste carbono. Para uma estrutura de ressonância aqui, posso desenhar o meu anel e vou desenhar as ligações pi aqui. Agora, há esta ligação dupla aqui, pois ainda existe 1 hidrogênio neste ponto, e então, eu tenho os meus outros carbonos. Há 1 elétron para fora, neste carbono, assim, o radical benzílico é estabilizado por ressonância. Se você formou um radical nos outros dois carbonos no grupo alquil, do lado direito, estes não são ressonados e estabilizados porque eles não estão do lado no anel, isso é apenas um pouco de percepção quanto ao motivo pelo qual a reação ocorre apenas na posição benzílica, e por causa da estabilização da ressonância do radical benzílico. Então, vejamos um outro tipo de reação. E isto, é claro, seria uma reação de substituição de um halogênio benzílico. Eu coloco um bromo aqui, mas você pode imaginar um halogênio diferente. E se você adicionar o nucleófilo em um solvente, dependendo da classificação da sua porção de halogênio, de alquil, da molécula e do solvente que você usa, o mecanismo pode ser SN1 ou SN2, o resultado final seria para o seu nucleófilo, para substituir o seu halogênio na posição de benzílica. Então, se olhássemos para esta reação aqui... vou esboçá-la. Digamos que começamos com brometo de benzil aqui, então está aqui a nossa molécula de brometo de benzil. E ao meu brometo de benzil, adicionamos um pouco de hidróxido de sódio, eu tenho um Na⁺ e um OH⁻, vou desenhar os pares de elétrons livres, no ânion hidróxido, ele vai funcionar como o nosso nucleófilo. Então, este é o nosso nucleófilo. Se eu olhar para a estrutura deste haleto de alquil por aqui, este carbono, que está ligado ao meu bromo, está ligado a um outro carbono, de modo que ele é primário. E se estamos falando sobre o halogênio de alquil primário, teremos a diminuição de obstáculos estéricos e, assim, seu mecanismo seria SN2. Então, se você pensar sobre o mecanismo do tipo SN2 para isto, que é o mecanismo concertado, seu nucleófilo vai atacar este carbono ao mesmo tempo, e estes elétrons começam a ir para o bromo e formar um ânion brometo como uma saída relativamente estável. Portanto, este é o mecanismo concertado, tudo o que acontece ao mesmo tempo em um mecanismo tipo SN2. Formamos um álcool benzílico para esta reação, então esta é uma reação SN2. Se você pensou sobre a reação do tipo SN1, vamos em frente e fazer. Se eu comecei com o halogênio de alquil terciário, então, seria algo assim. Coloquei aqui os pares de elétrons livres sobre o bromo, e o carbono que está ligado ao meu bromo, está ligado a 1, 2, 3 outros carbonos, portanto, ele é terciário. Você poderia pensar que é o mecanismo do tipo SN1, Em um mecanismo do tipo SN1, o primeiro passo é a dissociação, então, você vai ter estes elétrons aqui, indo do seu halogênio para o bromo, para, assim, formar o ânion com brometo. E, portanto, você faria uma ligação, e então você teria uma ligação longe deste carbono, na posição benzílica. Deixe-me desenhar o carbocátion resultante. Eu tenho o meu anel e eu tenho estes dois grupos metil saindo deste carbono, portanto, eu terei uma carga formal positiva. Eu tenho um carbocátion benzílico aqui, que é ressonante estabilizado. Então, estes elétrons estão se movendo para dentro. Vou seguir em frente e desenhar uma estrutura de ressonância. Para esta estrutura de ressonância, há estes elétrons pi, agora, há uma ligação dupla entre estes dois carbonos, e deixe-me mostrar os elétrons aqui. Os elétrons azul se mudarão para cá, para formar uma ligação pi, e formou uma ligação longe do carbono. Então, este carbono recebe uma carga formal +1, uma carga positiva. Mas, o ponto é que a presença do nosso anel de benzeno permite a estabilização de ressonância do nosso carbocátion benzílico, que significa que a substituição está ocorrendo na posição benzílica, por causa dessa estabilização de ressonância aqui. Vejamos mais uma reação. Esta é a oxidação de alquilbenzeno. Eu tenho o meu alquilbenzeno, e então, mais uma vez, o carbono com o hidrogênio benzílico e dois outros átomos anexados a este carbono. Se eu adicionasse 1 próton forte de dicromato de sódio, com ácido sulfúrico e aquecesse a minha reação, posso oxidar a minha cadeia lateral de alquil para um grupo funcional de ácido carboxílico. Isto seria, naturalmente, a molécula de ácido benzoico. Você também pode fazer esta oxidação com algo como o permanganato e com o calor, esta seria outra possibilidade. Vamos dar um exemplo. Vamos começar aqui com o nosso butilbenzeno. Então, se eu tiver aqui 4 carbonos para o meu grupo alquil e, em vez de reescrever todas essas coisas, eu só vou colocar algumas marcas. Então, adicionamos uma fonte de dicromato de sódio e ácido sulfúrico em meio ao calor. Vamos oxidar, agora, a nossa cadeia lateral. E realmente, não importa o comprimento do grupo alquil que você possuir. Neste caso, temos 4 carbonos e, mesmo assim, conseguiríamos um ácido carboxílico. A reação ainda vai ocorrer na posição benzílica, e teremos um ácido carboxílico como produto. Mais uma vez, o mecanismo é complicado, então, não vou entrar muito em detalhes. Mas, novamente, o comprimento dos carbonos que você tem não importa. Então, você poderia acrescentar vários carbonos e conseguiria isto como seus produtos. Se você tentar fazer essa reação com o terc-butilbenzeno, então, em vez de butilbenzeno, teremos um terc-butilbenzeno. Vamos em frente e vamos adicionar o dicromato de sódio e o ácido sulfúrico, e adicionaremos calor. Não teríamos qualquer tipo de reação. Então, não é uma reação desta vez. E isso é porque não temos nenhum hidrogênio benzílico presentes na reação. Voltamos para a nossa reação genérica. Existe um hidrogênio benzílico, e, se eu for até aqui, aqui, está o meu grupo metil, e aqui, um grupo metil, e então temos o carbono, portanto, não temos hidrogênio benzílico, não há hidrogênio ligado a este carbono, o que é fundamental para que a reação ocorra. Então, não veremos nenhuma reação neste último caso. Mantenha essas reações em mente quando você estiver fazendo problemas de síntese, porque verá que elas serão muito úteis.