3.8 Previsão e Utilização dos Efeitos Estéricos

(Sugestĕo: considere este anel aromático como tendo dois substituintes separados e analise cada um separadamente.)

 

3.8 PREVISÃO E UTILIZAÇÃO DOS EFEITOS ESTÉRICOS

 

Nas seções anteriores, desenvolvemos o aprendizado que precisamos para prever os produtos de uma substituição eletrofílica aromática. Vimos muitos casos em que há mais de um produto. Por exemplo, se o anel é ativado, então, esperamos produtos orto e para. Nesta seção, veremos que é possível prever qual produto será o principal produto e qual será o produto secundário (orto vs. para). É possível até controlar a proporção entre os produtos (orto vs. para). Isto é MUITO importante para problemas de síntese, que serão a próxima (e última) seção deste capítulo.

Considere uma substituição eletrofílica aromática com propilbenzeno. O

grupo propila é um ativador fraco e, portanto, esperamos que os efeitos direcionadores sejam orto-para:

 

Há dois produtos neste caso. Mas tentemos descobrir: qual deles é o produto principal? Orto ou para? À primeira vista, poderíamos ficar tentados a dizer que o produto orto deve ser o principal. Vejamos por quê. O grupo propila é um direcionador orto-para, então, deve haver um total de três posições que podem ser atacadas (duas posições orto e uma posição para):

 

Dessa maneira, a chance de atacar uma posição orto deve ser de dois terços (ou 67%), enquanto a chance de atacar a posição para deverá ser de um terço (33%). Do ponto de vista puramente estatístico, devemos, portanto, esperar que nossa distribuição de produtos seja 67% orto e 33% para. Mas a proporção entre os produtos é diferente do que poderíamos esperar, devido a considerações estéricas. Especificamente, o grupo propila é bastante grande e “bloqueia” parcialmente as posições orto. Na verdade, ainda observamos produtos orto, mas menos que 67%. De fato, o produto para é o produto principal neste caso:

 

Normalmente é este o caso (o produto principal é para). Uma exceção notável é o tolueno (metilbenzeno), para o qual a proporção entre os produtos orto e para é sensível às condições empregadas, como a escolha do solvente. Em certos casos, o produto para é favorecido; em outros, o produto orto é favorecido. Portanto, geralmente não é sensato utilizar os efeitos direcionadores de um grupo metila para favorecer uma reação na posição para em detrimento da posição orto.

Porém, este caso com um grupo metila é único. Com quase qualquer outro grupo, devemos esperar que o produto para seja o produto principal. Tenha isto em mente por que é muito importante — para normalmente é o produto principal.

Agora, imagine que eu peça que você proponha uma síntese eficiente para a

transformação vista a seguir:

 

Isto é muito simples de fazer. O grupo terc-butila é tão grande que esperamos que o produto para seja o produto principal. Assim, apenas utilizamos o Br2 e o AlBr3 e deveremos obter o produto desejado.

Mas suponha que quiséssemos que ocorresse substituição na posição orto:

 

Como faríamos isto? Quando confrontados com este problema, os alunos frequentemente sugerem o uso da mesma reação de antes, com o entendimento de que o produto orto será um produto secundário (então, algum produto orto certamente será formado). Porém, você não pode fazer isto. Sempre que tiver um problema de síntese, você deve escolher reagentes que lhe deem o composto desejado como o produto PRINCIPAL. Se você propõe uma síntese que produziria o produto desejado como um produto SECUNDÁRIO, então, sua síntese não é eficiente. Assim, temos um problema aqui. Como realizarmos a reação de modo que o produto orto seja o produto principal?

A resposta é: não podemos fazer isto em uma etapa. Não há como

“desativar” os efeitos estéricos. No entanto, há uma maneira de tirar partido deles. No início deste capítulo, aprendemos sobre sulfonação (utilizando ácido sulfúrico fumegante para inserir um grupo SO H no anel). Vimos que este grupo 3 pode ser inserido no anel e ele pode ser removido do anel muito facilmente. Dissemos que esta característica (reversibilidade) seria MUITO importante em problemas de síntese. Agora estamos prontos para ver por quê.

Se realizarmos uma reação de sulfonação primeiro, esperamos que o grupo

SO H vá predominantemente para a posição para (o produto principal virá da 3

substituição para):

 

Pense no que fizemos. “Bloqueamos” a posição para. Agora se bromarmos, o Br que entra será inserido na posição orto (porque a posição para já está ocupada). Dessa maneira, a reação coloca o Br na posição desejada:

 

Finalmente, podemos realizar uma dessulfonação para remover o grupo SO3H. Para fazer isto, lembre-se de que precisamos usar ácido sulfúrico diluído:

E este é o produto desejado. Resumindo, aqui está nossa síntese completa:

 

 

Observe que foram necessárias três etapas (em que a primeira etapa foi usada para bloquear a posição para e a terceira para desbloquear a posição para). Três etapas podem parecer ineficientes, MAS não precisamos depender do isolamento de produtos secundários. Em cada etapa estávamos utilizando o produto principal para passarmos para a etapa seguinte.

Se você pensar sobre o que fizemos, deverá compreender que este artifício é

realmente muito inteligente. Reconhecemos que não podemos simplesmente “desligar” os efeitos estéricos. Então, pelo contrário, desenvolvemos uma estratégia que usa os efeitos estéricos. Observe que o grupo SO3H não aparece em nosso produto final de maneira alguma. Ele apenas foi utilizado temporariamente, como um “grupo bloqueador”. Este tipo de conceito é muito importante em química orgânica. À medida que você avança no curso, você verá outros exemplos de grupos bloqueadores (em reações que nada têm a ver com substituição eletrofílica aromática). A estratégia básica é aplicável em qualquer lugar. Bloqueando-se temporariamente a posição na qual a reação ocorreria predominantemente (e, então, desbloqueando depois de realizar a reação desejada), é possível formar um produto que, de outra maneira, seria o produto secundário.

Agora, vamos nos certificar de que você sabe como utilizar esta técnica:

EXERCÍCIO 3.80 Proponha uma síntese eficiente para a transformação

vista a seguir:

 

Resposta Vemos que precisamos inserir um grupo acila na posição orto. Se

simplesmente realizamos uma acilação de Friedel–Crafts, esperamos que o

produto para seja o produto principal (por causa de efeitos estéricos). Assim,

devemos realizar uma reação de sulfonação para bloquear a posição para.

Nossa resposta é:

 

Proponha uma síntese eficiente para cada uma das transformações vistas a seguir. Certifique-se de que a sulfonação é necessária (eu propositalmente estou dando a você pelo menos um problema que não requer sulfonação — certifique-se de que você entende quando utilizar esta técnica de bloqueio):

Antes de passarmos à seção final deste capítulo, você deverá estar

familiarizado com outros efeitos estéricos. Até este ponto, vimos os efeitos estéricos de UM grupo em um anel. Mas o que acontece quando temos dois grupos em um anel? Por exemplo, considere os efeitos direcionadores do meta-xileno:

 

Este composto tem dois grupos metila no anel. Ambos os grupos metila estão direcionando para as mesmas três posições:

 

Duas destas posições são essencialmente as mesmas por causa da simetria:

Assim, se bromarmos o composto, esperamos obter apenas dois produtos (em vez de três):

 

 

Observe que indicamos que um dos produtos é o principal. Para entender por quê, devemos considerar os efeitos estéricos. A posição entre os dois grupos metila é mais estericamente impedida do que as outras posições. Portanto, obtemos predominantemente apenas um produto.

 

Este tipo de argumento pode ser usado em uma variedade de situações

semelhantes. Por exemplo, você poderia lembrar que vimos anteriormente a seguinte reação neste capítulo:

Na época, dissemos que um dos três produtos seria apenas um produto secundário (aquele mostrado entre parênteses). Agora podemos entender que se trata de um produto secundário devido a considerações estéricas. O composto inicial tem dois grupos que são meta um em relação ao outro, então, o ponto intermediário entre os dois grupos é estericamente impedido.

Mas suponha que você tenha um benzeno dissubstituído em que os dois

grupos são para um em relação ao outro. Por exemplo, considere os efeitos direcionadores para o composto visto a seguir:

 

Neste caso, temos dois grupos que são para um em relação ao outro. Aqui está um resumo dos efeitos direcionadores de cada grupo:

 

Assim, estes dois grupos estão direcionando para todas as posições potenciais. Ambos os grupos são ativadores fracos (grupos alquila). Assim, quando consideramos os fatores eletrônicos, realmente não vemos qualquer preferência entre as posições possíveis. No entanto, quando consideramos os fatores estéricos, observamos que o grupo terc-butila é muito grande quando comparado ao grupo metila. Assim, temos os resultados vistos a seguir:

 

De fato, o grupo terc-butila é tão grande que você verá que alguns livros-texto nem mesmo mostram o produto secundário anterior. Forma-se tão pouco dele que quase nem vale a pena mencionar.

Nesta seção, vimos muitos exemplos nos quais os efeitos estéricos

desempenham um papel significativo na determinação da distribuição de produtos. Agora vamos adquirir prática no uso destes princípios.

 

EXERCÍCIO 3.86 Preveja o produto principal da reação vista a seguir:

 

Resposta Este exemplo tem dois grupos no anel: um grupo terc-butila e um

grupo metila. Ambos são ativadores fracos (direcionadores orto-para) e

ambos os grupos estão direcionando para as mesmas posições:

Destas três posições, aquela entre os dois grupos é a mais estericamente

impedida. Não esperamos que a reação ocorra naquela posição muito

frequentemente. Além disso, a posição próxima ao grupo terc-butila é bastante

impedida, então, não vamos também esperar que a reação ocorra lá. Dessa

forma, esperamos que a reação ocorra mais frequentemente na posição

próxima ao grupo metila:

 

Preveja o produto PRINCIPAL de cada uma das reações vistas a seguir (você NÃO precisa mostrar os produtos secundários nestes problemas):