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Acilação de Friedel-Crafts

Reação de acilação de Friedel-Crafts. Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA6GM - Agora que sabemos a nomenclatura dos aldeídos e cetonas, gostaria de descrever neste vídeo um mecanismo de reação para criar um desses compostos. Particularmente, vamos criar uma cetona. Digamos, então, que temos aqui um benzeno. E no primeiro passo da reação, o benzeno irá apenas ficar quieto. Temos aqui um benzeno e também um cloreto de acetila, ele parece quase com o aldeído ou cetona, mas iremos ter uma cadeia hidrocarbonada e um hidrogênio. Vamos ter um átomo de cloro, bem aqui. Este aqui é o cloreto de acetila, também conhecido como cloreto de acila. Este é o cloreto de acetila. E vamos ter um catalisador de cloreto de alumínio. Sendo um catalizador, isso significa que ele participa na reação, mas entra na reação e sai da reação sem mudar a sua estrutura. Apenas catalisa a reação, não desaparece, muda a meio, mas, depois, retorna ao seu estado inicial, aquilo que era antes. Portanto, temos o cloreto de alumínio, que está ligado a 1, 2, 3 cloros. Agora, o primeiro passo dessa reação é a conversão do cloreto de acetila em um bom eletrófilo, ou seja, ele é transformado em algo que é bom em capturar elétrons, tão bom que pode quebrar o anel aromático de benzeno e adicionar-se ao anel de benzeno. Isto é, aliás, a mesma molécula que analisamos na substituição eletrofílica aromática. Tenho sempre problemas em lembrar do nome, mas penso sempre em substituição eletrofílica. De qualquer modo, é um mecanismo muito semelhante e, aliás, o que vamos mostrar neste vídeo é denominado acilação de Friedel-Crafts. Porque isso aqui chama-se um grupo acilo, e vamos, essencialmente, ter de acilar o anel de benzeno. Então, vamos adicionar este grupo aqui ao anel de benzeno. Mas chega disso tudo, vamos ver mesmo o que acontece. A primeira coisa que percebemos é que neste cloreto de alumínio, o alumínio está deficiente de elétrons, e se dermos uma olhada na tabela periódica, percebemos que esses cloros aqui são muito eletronegativos. O alumínio está na mesma fileira, mas o cloro está muito mais à direita. Logo, é mais eletronegativo. E os cloros vão atrair os elétrons da molécula, e como os cloros vão atraí-los, o alumínio irá ter uma carga parcial positiva, já os cloros terá uma carga parcial ligeiramente negativa. Mais importante ainda, o alumínio é um elemento do grupo 3, logo, tem três elétrons na última camada de valência. Dá para ver isso aqui, 1, 2, 3, nada próximo do número mágico 8. Mesmo quando se liga covalentemente com estes cloros, o alumínio só pode fingir que tem seis elétrons, pode, de certo modo, fingir que estes elétrons do cloro são seus, mas isso apenas eleva o número para 6. Ou seja, o alumínio gostaria mesmo de ter mais elétrons para chegar mais próximo do número mágico 8. Então, pode-se imaginar uma situação em que este cloro, do cloreto de acetila, esteja pronto para captar o elétron verde, proveniente deste carbono. Ele é mais eletronegativo, portanto, esta coisa aqui será dada ao alumínio e, assim, agora, terá uma ligação cloreto. E se isso aconteceu, como terá ficado a nossa reação? Ou seja, como será que estão todos os compostos ligadas à mesma, o nosso alumínio, o cloreto de alumínio, ou o que antes era de fato o cloreto de alumínio, acabou de ganhar um elétron e, com ele, ligou-se a outro cloro. Portanto, está agora ligado a outro cloro, e como ganhou um elétron, tentarei deixar isso bem claro. Isto é um "l", a minha caligrafia está meio ruim, mas aquilo é um "l". E como este alumínio ganhou um elétron, tem agora uma carga negativa. E, normalmente, algo com a carga negativa é instável, mas estes aqui são eletronegativos, portanto, até poderão obter muito desta carga negativa. Além do mais, o alumínio pode, agora, fingir que tem 8 elétrons, tem 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Quando algo se liga covalentemente, pode-se, de certo modo, fingir que se tem os elétrons dos outros átomos. E, agora, temos um ânion proveniente do cloreto de alumínio. O cloreto de acetila parece com isto, quero deixar isso bem claro. Estamos no próximo passo da reação, e o que era antes um cloreto de acetila, perdeu agora o cloreto, portanto, não passa agora de um grupo acilo. Temos agora uma carbonila ligada a um CH₃, um grupo metil como está aqui, e este aqui perdeu seus elétrons, portanto, agora tem carga positiva. E este não é muito estável. Vamos constatar que é, curiosamente, muito reativo, é um eletrófilo muito bom, quer capturar os elétrons dos outros, mas pode existir apenas por um pequeno período de tempo. Especialmente, porque é estabilizado por ressonância. E você pode se perguntar como é que isso é estabilizado por ressonância. Bem, este oxigênio aqui tem dois pares de elétrons, que eu não desenhei anteriormente. Vou desenhar agora de uma cor diferente, que tem, então, 2 pares de elétrons assim. Agora, dá para imaginar a situação. Este carbono aqui tem uma carga positiva, e o seu oxigênio é mais eletronegativo. Ele já está atraindo elétrons para si, talvez ele queira devolver algum elétron. Este aqui está positivo, todos os elétrons estão por aqui. Eles serão atraídos por algo positivo, pode-se imaginar um desses elétrons serem devolvidos, e se isso acontecesse, então, teríamos outra forma de ressonância, que se pareceria com isto. Portanto, esta era a nossa molécula original. Era esta a forma original ou se parecia com isto. Ainda temos esta ligação dupla, aqui mesmo, ou aquele par de elétrons. Agora, este par de elétrons formará uma outra ligação. Este elétron aqui, está do lado do carbono e, agora, tem-se uma ligação tripla. Então, o que aconteceu? Esse carbono positivo ganhou um elétron, logo, agora é neutro, e o oxigênio, antes neutro, perdeu um elétron, logo, é positivo. Pode-se imaginar que não seja algo muito estável, não se veria este composto por aí neste estado por si só, mas estabiliza toda esta configuração. Estabiliza esta molécula. Então, mostrei que estas são diferentes formas de ressonância estabilizada. Mas, como já disse, estas não são superestáveis, este quer reagir, então o benzeno entra em ação. Aliás, permitam-me desenhar uma linha aqui, só mesmo para mostrar que isto é uma outra etapa da nossa reação. Portanto, aquilo foi a primeira fase. E, agora, vamos aqui onde o benzeno entra em ação, o benzeno está por aqui, então, temos o nosso benzeno por aqui, nada demais. E, agora, vou desenhar um de seus hidrogênios em um dos carbonos. Todos estes carbonos estão ligados a hidrogênios, não irei desenhá-los para não complicar as coisas. Mas, como já disse, este aqui é um excelente eletrófilo. É preciso é um eletrófilo muito bom para atrair elétrons de um anel de benzeno, para quebrar a sua aromaticidade. Mas se ele colide com este composto da maneira certa, mesmo no ângulo certo, poderão imaginar que este elétron, deste carbono aqui, irá ser capturado pelo grupo acilo. Então, o que temos aqui? Continuemos com a reação por este lado, temos aquilo que antes era um anel de benzeno. Podemos desenhar as ligações duplas aqui e aqui, e aqui, naturalmente, temos este hidrogênio. Mas, agora, esta ligação, que tinha uma ligação dupla, está agora ligada ao grupo acilo, logo, possui aquele elétron em azul, que o grupo acilo capturou. Vou desenhar o grupo acilo, e irei invertê-los, de modo que, o grupo metil fique do lado direito. Fica, então, uma carbonila ligado a um metil. Tinha carga positiva, mas ganhou um elétron, passando a ficar neutro. Já, este carbono, perdeu um elétron, logo, tem agora uma carga positiva. Agora, já mencionamos que o cloreto de alumínio é catalisador. Logo, não irá ficar por aqui como um ânion, tende a voltar a ser um cloreto de alumínio. Portanto, vamos focar de novo no cloreto de alumínio. Temos aqui, o cloreto de alumínio, vou copiar e colar aqui, e podemos imaginar o anel de benzeno querendo voltar a ser aromático. Portanto, este elétron aqui, deste hidrogênio, poderá querer voltar àquele carbono ali, este carbocátion, positivo. Simultaneamente, este ânion, agora passa o hidrogênio no ângulo preciso e na altura certa, enquanto este outro é atraído por este carbono. Este cloro pode ceder este elétron verde a um núcleo de hidrogênio, que é, na verdade, apenas um próton, e, então, o elétron do hidrogênio pode agora ser obtido por aquilo que era antes este carbocátion. E o que nós teremos? Iremos ter uma situação em que o anel de benzeno é reestruturado. Temos a sua aromaticidade de volta, graças àquela ligação dupla, aquela ali, e agora temos também esta outra dupla aqui. Agora será usado o elétron proveniente do hidrogênio, e, assim, praticamente, substituímos o hidrogênio com este mesmo grupo acilo. Tendo assim um carbono duplo ligado a um oxigênio. Por sua vez, ligado a um grupo metil. E, agora, o alumínio ou este ânion perdeu seu elétron, voltando a ser apenas cloreto de alumínio, recuperando a sua carga neutra e com falta de elétrons. E com isso, terminamos. Acabamos de acilar este anel de benzeno. E, é por isso, que este mecanismo se chama acilação de Friedel-Crafts. E Crafts, não Friedel, curiosamente é um ex-presidente do MIT. Eu investiguei sobre o assunto, ao que parece, ele não era doutor, mas por ter descoberto a acilação de Friedel-Crafts e a alquilação de Friedel-Crafts, o pessoal disse: "Olha, ele é inteligente, vamos fazê-lo o presidente do MIT". Mas apenas queria mostrar que esta é uma reação para criar uma cetona. Essa cetona, que acabamos de criar, chama-se acetofenona, que já analisamos anteriormente, em que aprendemos um nome comum dessa molécula, analisada no primeiro vídeo sobre cetonas. E vou agora escrever em roxo: acetofenona. E terminamos!