A Síntese do m-nitrobenzoato de metila a partir do benzoato de metila

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As etapas de 1 até 4 mostram o mecanismo de substituição aromática eletrofílica para a síntese da m-nitrobenzoato de metila.

A primeira etapa mostra o ácido nítrico recebendo um próton do ácido mais forte, nesse caso do ácido sulfúrico.

1ª etapa:

[pic 2]

A segunda etapa mostra que depois da protonação, o ácido nítrico pode dissociar-se para formar o íon nitrônio e formando água, o íon nitrônio é o eletrófilo nas reações que ocorrem para formar a m-nitrobenzoato de metila.

2ª etapa:

[pic 3]

O benzoato de metila apresenta um anel aromático e o substituinte COOCH3 que é um grupo desativador moderado frente ao anel aromático como pode ser observado na tabela 1, pois os oxigênios apresentam eletronegatividade relativamente elevada, além de ocorrer ressonância dentro do grupo substituinte, esses dois fatores fazem com que esse ligante retire elétrons do anel aromático tornando esse composto menos reativo que benzeno, e como mencionado anteriormente grupos desativadores (retiram elétrons do anel) favorecem o ataque do eletrófilo na posição meta.

A ressonância mais estável para o íon arênio ocorre para a posição meta quando o grupo é desativador como pode ser observado na figura 1, isso acaba favorecendo as posições meta, na qual a substituição acontece mais rapidamente que nas posições orto e para.

[pic 4]

Figura 1 – Estruturas de ressonância para o íon arênio que seria formado quando um eletrófilo atacasse as posições orto, meta e para. Fonte: Solomons, p. 583-584, 2001.

A terceira etapa mostra o íon nitrônio, reagindo com o benzoato de metila, e assumindo a orientação meta, formando o íon arênio que se estabiliza por ressonância como mostra a figura 1.

3ª etapa:

[pic 5]

A quarta etapa mostra o íon arênio perdendo um próton para a base de Lewis e transforma-se no m-nitrobenzoato de metila. O ácido sulfúrico, sendo o catalisador, é regenerado.

4ª etapa:

[pic 6]

Equação Global:

[pic 7]

Ao adicionar-se a solução de ácido nítrico e ácido sulfúrico na solução de benzoato de metila as duas soluções foram resfriadas até atingir temperaturas, abaixo de 15 ºC, ou até 0 ºC, o resfriamento das soluções é extremamente importante para a obtenção de produtos com orientação meta, pois a temperatura elevada aumenta o grau de nitração, assim acabam se formando uma maior quantidade de impurezas (produtos nitrados e subprodutos), a temperatura se não controlada de maneira constante e adequada pode levar a formação de produtos com orientações (do grupo nitro) indesejadas.

Os cálculos executados foram feitos partindo-se do reagente limitante, que nesse caso, entre o ácido e o éster, é o benzoato de metila como mostra a relação a seguir, a qual indica que para cada mol de benzoato de metila existe 1,74 mol de ácido nítrico, assim mostrando que o ácido nítrico está em excesso.

[pic 8]

A regra de três a seguir revela a quantidade de m-nitrobenzoato de metila que deveria ser obtida, ou seja, a massa teórica, essa massa já está registrada na tabela 4.

136,15 g de benzoato de metila ───── 182,15 g de m-nitrobenzoato de metila

7,54 g de benzoato de metila ───── X

X = 10,09 g de m-nitrobenzoato de metila

A regra de três a seguir revela o rendimento do experimento.

10,09 g de m-nitrobenzoato de metila ───── 100 %

5,38 g de m-nitrobenzoato de metila ───── Y

Y = 53,32 %

O rendimento do experimento foi de 53,32 %.

5 CONCLUSÃO

Benzenos substituidos que apresentam grupos desativadores como é o caso do ligante -CO2CH3 sofrem substituição eletrofílica na direção meta, o reagente limitante é o benzoato de metila devido a menor quantidade de mol presentes na mistura, o ponto de fusão do composto obtido varia entre 77-78 ºC e se comparado com o ponto de fusão do m-nitrobenzoato de metila da literatura, 79 ºC, é muito parecido, indicando que provavelmente, o composto obtido é o m-nitrobenzoato de metila, obtiveram-se 5,38 g de m-nitrobenzoato de metila, o correspondente a um rendimento de 53,32 % o que pode ser considerado um bom resultado.

BIBLIOGRAFIA

SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química Orgânica 1. 7 ed. Rio de Janeiro: LTC Editora S.A., 2001.