As reacções de Friedel-Crafts são um conjunto de reacções desenvolvidas por Charles Friedel e James Crafts em 1877 e têm o intuito de adicionar grupos substituintes a anéis aromáticos. Existem dois grupos principais de reacções: reacções de alquilação e reacções de acilação; ambas ocorrem por substituição aromática eletrofílica. A reacção abaixo indicada representa um esquema geral das reacções de Friedel-Crafts.
Alquilação de Friedel-Crafts
Esta reacção de alquilação envolve a alquilação de um anel aromático com um halogeneto de alquilo usando como catalisador um ácido de Lewis forte. Por exemplo, usando-se cloreto de ferro (III) anidro como catalisador, o grupo alquilo funciona como base de lewis e vai complexar-se com o cloreto de ferro. O cloreto que se encontra a formar o aduto com o catião metálico irá retirar densidade electrónica ao grupo alquilo, originando um carbocatião, o qual irá atacar um dos carbonos do anel aromático, substituindo um dos seus protões.
Esta reacção tem uma enorme desvantagem, já que o produto formado é mais nucleofílico que o reagente. Assim, um outro hidrogénio é substituído, levando a uma segunda alquilação da molécula. Normalmente as alquilações posteriores ocorrem preferencialmente nas posições orto e para. Além disso, se o halogeneto não estiver associado a um carbono secundário ou terciário, dá-se rearranjo do carbocatião formado, devido à maior estabilidade da formação do carbocatião numa posição secundária ou terciária, face a um carbono primário. Impedimentos estereoquímicos podem ser usados para limitar o número de alquilações.
As alquilações não são limitadas a halogenetos de alquilo: as reacções de Friedel-Crafts são possíveis com qualquer carbocatião intermediário, como os derivados de alcenos e um ácido prótico, um ácido de Lewis, enonas e epóxidos.
A alquilação de Friedel-Crafts é uma reacção reversível. Na reacção inversa, o grupo alquilo é removido na presença de protões e de um ácido de Lewis.
Por exemplo, numa adição múltipla de brometo de etilo ao benzeno, as substituições orto e para são as esperadas após a primeira alquilação. No entanto, o produto final da reacção abaixo indicada é o 1,3,5-trietilbenzeno com os grupos alquilo em posições meta. O controlo termodinâmico da reacção assegura a prevalência das substituições nas posições meta devido à minimização do impedimento estereoquímico sobre as substituições orto e para, menos favoráveis, através de um equilíbrio químico. O produto final da reacção é portanto o resultado de uma série de reacções diretas e inversas da alquilação de Friedel-Crafts.
Acilação de Friedel-Crafts
A acilação de Friedel-Crafts é uma acilação de anéis aromáticos com um halogeneto de acilo (normalmente um cloreto de acilo) usando um ácido de Lewis forte. Este tipo de reacção também é possível usando-se anidridos ácidos. As condições destas reacções são similares às da alquilação de Friedel-Crafts acima mencionadas. Estas reacções têm várias vantagens sobre as reacções de alquilação. Devido ao grupo carbonilo e ao seu efeito de capturar densidade electrónica, a cetona originada é sempre menos reactiva que a molécula original, por isso reacções múltiplas não ocorrem. Além disso, não há rearranjo do carbocatião, uma vez que o catião formado é estabilizado por ressonância.
A viabilidade das acilações de Friedel-Crafts depende da estabilidade do cloreto de acilo usado. Por exemplo, o cloreto de formilo é demasiado instável para ser isolado. Assim, a síntese do benzaldeído via acilação de Friedel-Crafts requer a produção in situ do cloreto de formilo, através da reacção de Gattermann-Koch.
Numa forma mecanística simples da reacção, em primeiro lugar dá-se a dissociação do cloreto de acilo e a formação do catião acílio:
Em alguns casos, o ácido de Lewis liga-se ao oxgénio do grupo acilo, formando um aducto. Mas mesmo assim, o catião originado ou a sua estrutura de ressonância é sujeita a ataque nucleofílico pelo anel aromático:
Finalmente, o anião cloreto desprotona o anel, originando HCl e o catalisador é regenerado:
Se desejado, a cetona obtida pode ser subsequentemente reduzida ao alcano correspondente, através da redução de Wolff-Kishner ou da redução de Clemmensen. O resultado final é igual ao da alquilação de Friedel-Crafts, porém sem o rearranjo do carbocatião intermediário.
Hidroxialquilação de Friedel-Crafts
Os arenos podem reagir com determinados aldeídos ou cetonas originando um produto hidroxialquilado, e.g. a reacção do derivado metisilo do glioxal com benzeno para dar origem a benzoína com um grupo álcool, em vez de um grupo carbonilo:
Sulfonilação de Friedel-Crafts
Nas condições de reacções de Friedel-Crafts, os arenos podem reagir com halogenetos de sulfonilo anidridos de ácido sulfónico, originando sulfonas. Nestas reacções são usados como catalisadores AlCl3, FeCl3, GaCl3, BF3, SbCl3, BiCl3 e Bi(OTf)3, entre outros. A ciclização intramolecular de Friedel-Crafts ocorre com cloreto de 2-fenil-1-etanosulfonilo, cloreto de 3-fenil-1-propanosulfonilo e cloreto de 4-fenil-butanosulfonilon quando aquecidos em nitrobenzeno com cloreto de alumínio. Cloretos de sulfenilo e cloretos de sulfinilo também sofrem reacções de Friedel-Crafts, originando sulfuretos e sulfóxidos, respectivamente. Tanto cloretos de arilsulfinilo como diarilsulfóxidos podem ser preparados a partir de arenos através da reacção com cloreto de tionilo na presença de catalisadores como BiCl3 e Bi(OTf)3, LiClO4 ou NaClO4.
As reacções de Friedel-Crafts têm sido utilizadas na síntese de corantes da família do triarilmetano e do xanteno, e.g. timolftaleína (indicador de pH). Também podem ser usadas para a detecção de hidrocarbonetos aromáticos em amostras. A reacção do clorofórmio com compostos aromáticos, usando como catalisador o cloreto de alumínio, origina triarilmetanos, os quais apresentam colorações intensas.
Fonte: Wikipédia