15- Identifique o reagente que você usaria para realizar cada uma das seguintes transformações:
\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3} \mathrm{COH} \longrightarrow cloreto de terc-butila

Passo 1

O que o enunciado pede:
  • Identificar o reagente que eu usaria para realizar cada uma das transformações indicadas:
    1. \mathrm{(CH_{3})_{3}COH}\longrightarrow cloreto de terc‑butila.
    2. ciclobutanol (álcool ligado a um anel de quatro carbonos) \longrightarrow bromociclobutano.
Informações relevantes fornecidas:
  • A primeira transformação parte do álcool terciário \mathrm{(CH_{3})_{3}COH} e o produto é o cloreto terciário \mathrm{(CH_{3})_{3}CCl}.
  • A segunda transformação apresenta, na imagem (peguei essa informação da imagem), um álcool ligado a um anel de quatro carbonos (ciclobutanol) sendo convertido no correspondente brometo (bromociclobutano).
  • Não há outros dados (condições, solvente, temperatura) no enunciado.

Passo 2

Escolha do método para \mathrm{(CH_{3})_{3}COH}\longrightarrow \mathrm{(CH_{3})_{3}CCl} — lógica didática e reagente recomendado.
  • Observação importante sobre tipos de substituição: álcoois podem dar substituição por duas vias gerais: S_N1 (formação de carbocátion, etapa lenta) ou S_N2 (ataque direto por nucleófilo, uma etapa). Qual via ocorre depende da natureza do carbono que carrega o -\mathrm{OH}.
  • No caso do álcool terciário \mathrm{(CH_{3})_{3}COH}, o carbono ligado ao -\mathrm{OH} é terciário e forma um carbocátion relativamente estável. Por isso, reações que procedem por S_N1 são favorecidas para álcoois terciários.
  • Mecanismo clássico (esquemático) por S_N1:
    1. Protonação do grupo hidroxila: \mathrm{(CH_{3})_{3}COH + H^{+} \longrightarrow (CH_{3})_{3}COH_{2}^{+}}. O -\mathrm{OH} protonado vira uma boa saída (água).
    2. Saída de água e formação do carbocátion terciário: \mathrm{(CH_{3})_{3}COH_{2}^{+} \longrightarrow (CH_{3})_{3}C^{+} + H_{2}O}.
    3. Captura do carbocátion por \mathrm{Cl^{-}}: \mathrm{(CH_{3})_{3}C^{+} + Cl^{-} \longrightarrow (CH_{3})_{3}CCl}.
  • Reagente recomendado para gerar \mathrm{Cl^{-}} e promover ionização: ácido clorídrico concentrado com cloreto de zinco como catalisador (reagente de Lucas, normalmente escrito como \mathrm{HCl / ZnCl_{2}}). Alternativa simples: \mathrm{HCl} concentrado (gás ou aq.) também funciona.
  • Por que Lucas/ \mathrm{HCl} e não \mathrm{SOCl_{2}} ou \mathrm{PCl_{5}} normalmente usados para prim./sec.? Porque \mathrm{SOCl_{2}} e reagentes similares atuam via mecanismo que favorece S_N2 e frequentemente não são a primeira escolha para álcoois terciários (podem levar a eliminação ou não reagir bem). O caminho S_N1 com \mathrm{HCl} é prático e rápido para terceários.
  • Nota prática para prova: escrever “usar \mathrm{HCl} (ou reagente de Lucas \mathrm{HCl/ZnCl_{2}})” é geralmente a resposta esperada para converter \mathrm{(CH_{3})_{3}COH} em \mathrm{(CH_{3})_{3}CCl}.

Passo 3

Detalhes didáticos sobre concorrência S_N1 vs. eliminação (E1) no caso terciário.
  • Tanto S_N1 (substituição) quanto E1 (eliminação) partilham a etapa de formação do carbocátion. Portanto, condições que favoreçam carbocátion (ácido forte, aquecimento) podem levar a mistura de produtos.
  • Dica prática: em condições relativamente brandas e com excesso de nucleófilo \mathrm{Cl^{-}} (por exemplo, solução concentrada de \mathrm{HCl}, temperatura moderada), a substituição para formar \mathrm{(CH_{3})_{3}CCl} é favorecida. Em condições de aquecimento forte, eliminação (isobuteno) pode aumentar.
  • Resumo curto para prova: para um álcool terciário, responda “HCl (Lucas reagent)” e, se quiser justificar, diga “mecanismo S_N1 via carbocátion terciário”.

Passo 4

Escolha do método para ciclobutanol \longrightarrow bromociclobutano — lógica didática e reagente recomendado.
  • O álcool do anel de quatro carbonos é secundário (o carbono que carrega -\mathrm{OH} tem dois carbonos vizinhos). Para secundários existem ambas as vias S_N1 e S_N2 possíveis, dependendo das condições.
  • Atenção especial para sistemas cíclicos pequenos (como ciclobutano): sob condições que formem um carbocátion ( S_N1), há risco de abertura do anel (rearranhos ou abertura que aliviam tensão do anel), porque o carbocátion em anéis pequenos pode evoluir para espécies mais estáveis por abertura de ligação. Isso pode levar a produtos diferentes do brometo desejado (produtos de abertura de anel).
  • Para preservar o anel e evitar abertura/rearranhos, é preferível uma via S_N2 que substitua o grupo -\mathrm{OH} sem passar por um carbocátion livre.
  • Reagente clássico que promove conversão de álcoois para brometos por via S_N2 é \mathrm{PBr_{3}}. Mecanismo simplificado:
    1. O oxigênio do álcool ataca o fósforo de \mathrm{PBr_{3}}, formando um intermediario organofosfórico ligado ao oxigênio e liberando \mathrm{Br^{-}}.
    2. O \mathrm{Br^{-}} ataca o carbono ligado ao oxigênio por backside ( S_N2), deslocando o grupo fosforilado e formando o brometo. Resultado: substituição sem geração de carbocátion livre — o anel é preservado.
  • Portanto, o reagente recomendado para transformar ciclobutanol em bromociclobutano é \mathrm{PBr_{3}}.
  • Alternativas possíveis (menos desejáveis aqui): Appel ( \mathrm{CBr_{4}/PPh_{3}}) também dá brometo via mecanismo não‑carbocátion e preserva o anel; já \mathrm{HBr} concentrado tende a gerar carbocátion (via protonação do -\mathrm{OH}) e pode provocar abertura do anel — por isso não é a melhor escolha se o objetivo é simples substituição mantendo o anel.

Passo 5

Condições práticas e observações finais úteis para prova:
  • Para \mathrm{(CH_{3})_{3}COH}\to\mathrm{(CH_{3})_{3}CCl}: escreva como reagente \mathrm{HCl} concentrado (ou "reagente de Lucas: \mathrm{HCl}/ZnCl_{2}"). Mencione brevemente “mecanismo S_N1, carbocátion terciário”.
  • Para ciclobutanol \to bromociclobutano: escreva \mathrm{PBr_{3}} (1 equivalente aproximadamente, em solvente anidro, temperatura baixa a ambiente). Se quiser alternativa aceitável escreva "Appel: \mathrm{CBr_{4}/PPh_{3}}". Explique em poucas palavras: “mecanismo S_N2, evita carbocátion e abertura do anel”.

Resposta

\mathrm{HCl} concentrado (ou reagente de Lucas \mathrm{HCl}/ZnCl_{2})\n \mathrm{PBr_{3}}

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