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  1. Problemas de prática
  2. Orgânica 2
  3. Substituição eletrofílica aromática
  4. 4-Nitrotoluene from toluene with HNO₃ and H₂SO₄

Química Orgânica 2 · Substituição eletrofílica aromática

4-Nitrotoluene from toluene with HNO₃ and H₂SO₄

Desenhe o mecanismo · Básico

Condições: HNO3, H2SO4, 0 °C

Desenhe este problema você mesmo

Arraste dos elétrons que se movem até onde eles vão, ou toque em um e depois no outro. Cada seta é verificada; Dica ajuda quando você travar. Não precisa de conta.

Abrir o exercício em tela cheia

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O mecanismo, passo a passo

Próximo mostra as setas curvas de cada passo e as explica. Os passos escritos estão abaixo.

Ler todos os 8 passos escritos
  1. Protonate nitric acid

    Sulfuric acid, the stronger acid, protonates the OH oxygen of nitric acid so that it can leave as water.

    As setas curvas

    • The OH oxygen of nitric acid uses a lone pair to take a proton from sulfuric acid.
    • The O–H electrons stay on the sulfuric acid oxygen, giving hydrogen sulfate.
  2. Lose water to form nitronium

    Water leaves as the negatively charged oxygen forms a second N=O bond, giving the linear nitronium ion, NO₂⁺ — the electrophile.

    As setas curvas

    • The N–O bond to the protonated oxygen breaks, releasing water.
    • A lone pair on the negative oxygen forms the new N=O π bond so nitrogen keeps its octet.
  3. The ring attacks nitronium

    The carbon para to the methyl group attacks NO₂⁺. Toluene reacts about 25 times faster than benzene because the methyl group stabilizes the arenium ion.

    As setas curvas

    • The ring π pair at the carbon bearing the drawn hydrogen forms the new C–N bond; the neighboring carbon becomes cationic.
    • One N=O π pair moves onto oxygen as the C–N bond forms, keeping eight electrons on nitrogen.
  4. Delocalize the charge to the para carbon

    Shifting a ring π pair puts the positive charge on the methyl-bearing carbon, a tertiary-like cation stabilized by hyperconjugation. Meta attack has no such contributor.

    As setas curvas

    • The neighboring ring π pair shifts toward the cationic carbon, moving the positive charge to the carbon para to the new bond.
  5. Return the charge beside the sp³ carbon

    The arenium ion is one hybrid; redraw the contributor with the positive charge back on the carbon next to the sp³ C–H. That contributor shows which π bond the C–H electrons will re-form in the deprotonation.

    As setas curvas

    • The π pair shifts back toward the para carbon, leaving the positive charge on the ortho carbon next to the sp³ C–H.
  6. Why para?

    Para and ortho attack each give one contributor with the charge on the methyl-bearing carbon.

  7. Hydrogen sulfate removes the ring proton

    Hydrogen sulfate removes the proton from the sp³ carbon that gained the nitro group; the C–H pair restores aromaticity and sulfuric acid is regenerated.

    As setas curvas

    • The negative oxygen of hydrogen sulfate takes the ring proton, regenerating sulfuric acid.
    • The C–H bond electrons form the ring π bond to the neighboring cationic carbon, restoring aromaticity.
  8. 4-Nitrotoluene, water and sulfuric acid

    A nitro group has replaced the hydrogen para to the methyl group, giving 4-nitrotoluene. Water is released and sulfuric acid is regenerated, so it acts as a catalyst.

O que você vai praticar

Draw nitronium formation and nitration of toluene at the para position, including the contributor with charge on the methyl-bearing carbon.

Você acabou de desenhar cada seta deste problema.

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