Reações de substituição no benzeno

Reações de substituição no benzeno são fenômenos químicos que ocorrem quando a molécula do benzeno interage com determinadas substâncias orgânicas ou inorgânicas, sob a influência de um ou mais catalisadores.

Durante a reação de substituição no benzeno ocorre a troca de um dos átomos de hidrogênio presentes no benzeno por um átomo ou grupo presente no outro reagente, resultando sempre em um derivado ou homólogo do benzeno, juntamente com uma substância inorgânica, como água ou haleto de ácido.

Equação geral de substituição do benzeno

1- Características do benzeno

O benzeno é um hidrocarboneto aromático que apresenta uma cadeia cíclica formada por 6 átomos de carbono, 3 ligações duplas (formadas por uma ligação pi e uma sigma) alternadas por ligações sigma e 6 átomos de hidrogênio (sendo um em cada átomo de carbono).

Fórmula estrutural do benzeno

O fato de as três ligações pi do benzeno serem alternadas faz com que ocorra o fenômeno da ressonância, no qual os elétrons da ligação pi mudam de posição constantemente. Por isso, como os elétrons pi flutuam constantemente em todos os carbonos do benzeno, qualquer um dos hidrogênios presentes na estrutura pode participar da reação de substituição.

2- Tipos de reações de substituição no benzeno

a) Halogenação do benzeno

É a reação de substituição no benzeno que ocorre quando ele é posto para reagir com moléculas de cloro (Cl₂) molecular ou bromo molecular (Br₂), na presença de catalisadores como ferro metálico (Fe_(s)) e cloreto de ferro III (FeCl₃, ou, senão, cloreto de alumínio, AlCl₃).

Durante a reação de substituição no benzeno por halogenação, um dos hidrogênios do benzeno é substituído por um átomo de halogênio, formando um haleto orgânico aromático. Além disso, o hidrogênio substituído se une ao outro átomo de halogênio, formando um ácido inorgânico.

Equação representando uma halogenação do benzeno com bromo

b) Nitração do benzeno

É a reação de substituição no benzeno que ocorre quando ele é posto para reagir com o ácido nítrico (HNO₃) concentrado, na presença de ácido sulfúrico (H₂SO₄) concentrado e aquecimento.

Durante a reação de substituição no benzeno por nitração, um dos hidrogênios do benzeno é substituído por um átomo grupo nitro (NO₂) retirado do ácido nítrico, formando um nitrocomposto aromático. Além disso, o hidrogênio substituído se une à hidroxila (OH) restante do ácido nítrico, formando uma molécula de água.

Equação representando uma nitração do benzeno com bromo

c) Sulfonação do benzeno

É a reação de substituição no benzeno que ocorre quando ele é posto para reagir com o ácido sulfúrico (H₂SO₄) fumegante (significa que o ácido está misturado com gás trióxido de enxofre, SO₃) e aquecimento.

Durante a reação de substituição no benzeno por sulfonação, um dos hidrogênios do benzeno é substituído por um átomo grupo sulfônico (SO₃H) retirado do ácido sulfúrico, formando um tiocomposto aromático. Além disso, o hidrogênio substituído se une à hidroxila (OH) restante do ácido sulfúrico, formando uma molécula de água.

Equação representando uma sulfonação do benzeno com bromo

d) Alquilação do benzeno

É a reação de substituição no benzeno que ocorre quando ele é posto para reagir com um haleto de alquila (formado por um radical alquila com halogênio), na presença do catalisador cloreto de alumínio (AlCl_3(s)) e aquecimento.

Durante a reação de substituição no benzeno por alquilação, um dos hidrogênios do benzeno é substituído pelo radical alquila do haleto, formando um composto hidrocarboneto aromático homólogo (que apresenta um radical na estrutura) do benzeno. Além disso, o hidrogênio substituído se une ao halogênio restante do haleto, formando um ácido inorgânico.

Equação representando uma alquilação do benzeno com cloreto de etila

e) Acilação do benzeno

É a reação de substituição no benzeno que ocorre quando ele é posto para reagir com um cloreto de ácido (formado por um radical acila com cloro), na presença do catalisador cloreto de alumínio (AlCl_3(s)) e aquecimento.

Destaque do radical acila presente em um haleto de ácido

Durante a reação de substituição no benzeno por acilação, um dos hidrogênios do benzeno é substituído pelo radical acila do cloreto, formando uma cetona aromática. Além disso, o hidrogênio substituído se une ao cloro restante do cloreto, formando uma molécula de ácido clorídrico.

Equação representando uma acilação do benzeno