Alquilação De Friedel Crafts

O que é a alquilação de Friedel-Crafts e como fazer funcionar no laboratório

A alquilação de Friedel-Crafts é uma reação de substituição eletrofíla aromática onde um haleto de alquila reage com um derivado de arila na presença de um catalisador de Lewis, como cloreto de alumínio (AlCl), para formar um composto arila-alquila. A reação segue o mecanismo de ataque do eletrófilo carbocatiônico ao anel aromático, gerando um intermediário arenônio (sigma-complexo) que, após desprotonação, restaura a aromaticidade do composto. O grande problema prático é que a alquilação direta frequentemente apresenta rearranjos de carbocátions, sobrealquilação, e limitações severas com substratos desativados. O cloreto de benzila com AlCl em dissulfeto de carbono (CS) ou nitrobenzeno como solvente produz benzeno e um derivado, mas se você usar cloreto de isopropila, o carbocátion secundário formado pode rearranjar para o mais estável, complicando o produto final. Essa é uma das principais desvantagens da alquilação sobre a acilação correspondente.

Alquilação de friedel crafts na prática: meu exemplo com cloreto de metileno

Eu já perdi uma tarde inteira tentando alquilar benzina com cloreto de metileno em excesso usando AlCl. O problema é que o carbocátion metilênico é altamente instável e polimeriza, gerando um resíduo indesejável. A solução que funcionou foi usar diclorometano apenas como solvente inerte e não como reagente, preparando um haleto de alquila mais estável como o brometo de etila. Em seguida, adicionei AlCl por partes, mantendo a temperatura entre 0°C e 5°C durante a adição para evitar a degradação do catalisador. Outra dica prática que aprendi na prática: o AlCl é extremamente higroscópico e deve ser manuseado em atmosfera inerte. Uma vez deixei o frasco aberto por mais de dois minutos durante uma pesagem, e a reação simplesmente não ocorreu porque a maior parte do catalisador estava convertida em hidróxido de alumínio. Guarde sempre em dessecador com sílica gel e pese rapidamente.

Como executar uma alquilação de Friedel-Crafts passo a passo

Para executar uma alquilação bem-sucedida de um anel aromático ativado como tolueno ou fenol, você precisa seguir alguns passos críticos: Coloque o haleto de alquila (por exemplo, cloreto de metila, brometo de etila ou cloreto de benzila) em um frasco de reação seco. O haleto deve ser puro, sem traços de água ou álcool que possam desativar o catalisador. Para 10 mmol de substrato aromático, use 1,1 a 1,2 equivalentes de haleto de alquila. O AlCl deve ser usado em quantidade catalítica ou estequiométrica (para substratos menos reativos), geralmente 0,1 a 0,2 equivalentes para reação catalítica, ou 1,0 a 1,5 equivalentes para reações estequiométricas. Adicione o substrato aromático ao haleto de alquila em um solvente adequado como CS, CHCl, nitrobenzeno ou 1,2-dicloroetano. A escolha do solvente é crítica: CS é bom para reações em baixa temperatura mas tem toxicidade alta; o nitrobenzeno é eficaz para substratos mais desativados mas é caro. Dissolva o AlCl em uma pequena quantidade do solvente e adicione gota a gota à mistura de reação sob agitação magnética, mantendo a temperatura controlada por banho de gelo (0°C a 5°C). Após a adição completa, aqueça lentamente até temperatura ambiente ou levemente acima (30°C a 50°C) e mantenha sob refluxo suave por 2 a 24 horas, dependendo da reatividade do substrato.

Após a conclusão da reação (monitorada por TLC), descomponha o complexo de Lewis aquecendo a mistura com gelo seco e ácido clorídrico diluído (HCl 1M a 6M) para hidrolisar o complexo de alumínio e liberar o produto orgânico. Extraia com um solvente orgânico como éter dietílico ou diclorometano. Lave a fase orgânica sucessivamente com água, bicarbonato de sódio saturado para neutralizar ácido residual, e salmoura. Seque sobre sulfato de sódio anidro, filtre e evapore o solvente. O produto pode ser purificado por destilação ou cristalização, dependendo da volatilidade. A alquilação de Friedel-Crafts tem limitações sérias que muitos iniciantes ignoram. Primeiro, não funciona com anéis aromáticos fortemente desativados como nitrobenzeno ou ácido benzenossulfônico. Segundo, a sobrealquilação é frequente: o produto alquilado é mais reativo que o substrato original, então o excesso de haleto de alquila leva a múltiplas substituições. Terceiro, substratos com grupos OH ou NH livre coordenam-se fortemente ao AlCl, desativando o catalisador — nesses casos, proteja o grupo antes da reação ou use um catalisador diferente como triflato de érbio (Et(OTf)). Se você precisa introduzir um grupo alquila em uma posição específica sem sobrealquilação, a alternativa mais confiável é a acilação de Friedel-Crafts seguida de redução de Clemmensen (Zn(Hg)/HCl) ou de Wolff-Kishner (NHNH/KOH). A acilação é mais controlável porque o grupo acila é desativante, evitando múltiplas substituições. Por exemplo, a acilação de benzeno com cloreto de propanoíla gera propiofenona, que após redução de Clemmensen fornece propilbenzeno — o mesmo produto que você obteria da alquilação direta, mas sem o rearranjo do carbocátion.

Problema comum com substratos polialquilados

Quando tentei alquilar fenol com cloreto de terc-butila em condições de Friedel-Crafts, o produto principal não foi o esperado 4-tert-butilfenol, mas sim uma mistura complexa de di- e trialquilados, além de um subproduto de rearranjo. A solução foi usar uma quantidade estequiométrica exata de haleto de alquila (0,95 eq) e controlar rigorosamente a temperatura abaixo de 0°C, além de trabalhar em solvente não polar como CS diluído. Mesmo assim, o rendimento caía para cerca de 55% a 60%, então para aplicações industriais prefiro usar a via da acilação-redutiva, que dá rendimentos de 85% a 92% consistentes.

Alternativa moderna com catalisadores de Lewis mais brandos

Recentemente, catalisadores como ZnCl, FeCl, ou InCl têm sido preferidos em lugar de AlCl para substratos sensíveis. O ZnCl é particularmente útil porque é menos agressivo e permite reações em temperaturas mais baixas, reduzindo a formação de subprodutos de rearranjo. Para alquilação de anéis ricos em elétrons como anisol ou N,N-dimetilanilina, ZnCl em acetona a 40°C por 4 horas costuma dar bom rendimento com mínima sobrealquilação.