DETERMINAÇÃO TEÓRICA DO PADRÃO DE SUBSTITUIÇÃO EM ANEL AROMÁTICO

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ensino de Química

Autores

Viera, M.C.S. (UFPI) ; Araujo, M.P. (UFPI) ; Neto, E.M.S.C. (UFPI) ; Neto, J.R.L. (UFPI) ; Cunha, L.V.C. (UFPI) ; Silva, A.F. (UFPI) ; Silva, G.O. (UFPI)

Resumo

No seguinte trabalho foi realizado a determinação teórica dos efeitos de substituintes ativantes e desativantes no anel aromático, através de cálculos realizados no software Gaussian onde pode-se observar as cargas de Millikan no anel para poder prever e visualizar o desenvolvimento da reação de acordo com o substituinte presente no composto. Com isso, observou-se que a base escolhida foi satisfatória visando critérios como confiabilidade dos dados obtidos e tempo de execução dos cálculos.

Palavras chaves

Quimica Computacional; Cargas de Millikan; Anel Aromático

Introdução

Um grupo substituinte que está presente em um anel aromático pode afetar tanto a reatividade do anel frente à reações de substituição eletrofílica como a orientação do grupo de entrada no anel. (SOLOMONS; FRYHLE, 201. Um substituinte pode tornar o anel mais reativo do que o benzeno, pois o mesmo pode favorecer a velocidade de reação para a síntese de um composto seguinte. Substituintes que possuem essa propriedade são assim chamados de grupos ativadores. Em contra partida substituintes que retiram elétrons do anel acabam tornando-o menos reativo diminuindo assim, a sua velocidade de reação sendo assim chamados de grupos desativadores. Um substituinte no anel também pode afetar a orientação do grupo de entrada quando ele substitui um átomo de hidrogênio no anel. Os substituintes são classificados como: grupos orto – para dirigentes orientam o grupo de entrada para uma posição orto ou para em relação a sua própria posição; grupos meta dirigentes orientam o grupo de entrada para uma posição meta em relação a sua própria posição. Se um substituinte é um grupo ativador ou desativador e se ele é um orientador orto-para ou meta, depende essencialmente da capacidade do mesmo de doar ou retirar elétrons do anel. Todos os grupos doadores de elétrons são ativadores e orientadores orto-para. Excluindo os halogênios, os grupos retiradores de elétrons são desativadores e orientam na posição meta. Os halogênios por serem grupos desativadores fracos orientam nas posições orto-para. O presente trabalho tem por objetivo visualizar em ambiente virtual os efeitos dos substituintes no anel aromático.

Material e métodos

Foi utilizado o software Gaussian View e Gaussian 03W, os cálculos foram rodados em um computador que possui o sistema operacional Windows 7, processador Intel Core i5 com 8,00 GB de RAM. O método de cálculo escolhido foi o Hartree-Fock utilizando o conjunto de bases 6- 31G. A escolha dessa base foi feita segundo critérios de confiabilidade dos resultados e recurso de hardware necessário para obtenção dos resultados.

Resultado e discussão

Os grupos substituintes no anel aromático são classificados e ordenados de acordo com a possibilidade de ativarem ou desativarem o anel em uma reação química. A molécula do Tolueno possui um grupo ativante (CH3) que influencia possíveis ataques eletrofilicos nas posições orto, para. O nitrobenzeno e o Fluorbenzeno possuem grupos desativantes que teoricamente orientam os substituintes na posição meta, porem, o Fluorbenzeno orienta nas posições orto, para. Nas figuras abaixo são mostrados a variação das cargas de Milikkan dos compostos em comparação com o Benzeno, confirmando a dirigencia dos grupos ligados ao anel aromático de acordo com as cargas atômicas. Utilizando como parâmetro a carga de Millikan sobre os átomos de carbono no anel aromático, pode-se prever o ataque e observar o condicionamento da reação de acordo com o substituinte presente no composto. As cargas de Millikan determinando a concentração de cargas acerca dos átomos, de posse desses resultados, observa-se que a ação dos grupos substituintes sobre o anel aromático apresentou um resultado esperado segundo a literatura consultada, pois no tolueno o grupo metila causou uma maior alteração nas cargas dos carbonos orto e para, já o grupo nitro alterou as cargas do carbono meta, e o flúor, apesar de ser desativante do anel apresentou uma orientação orto, para, por ser um desativante fraco, em comparação com as cargas do anel aromático(Como pode-se observar comparando as figuras 1 e 2).

Cargas de Millikan para o Nitrobenzeno, Tolueno e Fluorbenzeno


Cargas de Millikan para o Benzeno

Conclusões

Conclui-se que no presente trabalho a utilização do recurso computacional mostrou- se satisfatório na demonstração do efeito dos substituintes orto, meta e para dirigentes no anel aromático. Com isso observou-se que a Química Quântica computacional é uma ferramenta que enriquece a compreensão de diversos conceitos abordados no ensino da Química.

Agradecimentos

Referências

Mcmurry, J.; Química Orgânica, 6a ed., Pioneira Thomson Learning: São Paulo, vol. 1, 2005
Solomons, T. W. Graham; Fryhle, C. B., Quimica Orgânica vol 2, LTC, 2013.