15- Identifique o reagente que você usaria para realizar cada uma das seguintes transformações:
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{Cl} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}

Passo 1

Lista clara do que o enunciado pede e dos dados fornecidos:
  • Transformação 1: \mathrm{CH_{3}CH_{2}Cl} \longrightarrow \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH}.
  • Transformação 2: a segunda transformação foi retirada da imagem fornecida; nela aparece ciclobutanol \longrightarrowbromociclobutano .
    O pedido é: identificar o reagente que eu usaria para realizar cada transformação.

Passo 2

Conceitos básicos necessários (sem pular etapas) — o que acontece nas reações de substituição nucleofílica:
  • Um haleto de alquila como \mathrm{CH_{3}CH_{2}Cl} tem um carbono ligado a um bom grupo saíd a: \mathrm{Cl^-}. Esse carbono pode ser atacado por um nucleófilo (espécie rica em elétrons) para substituir o cloro por outro grupo.
  • Dois mecanismos principais importam aqui: \mathrm{S_N2} e \mathrm{S_N1}. Vou focar no que vale para esses substratos:
    • \mathrm{S_N2}: ataque nucleofílico em um único passo (colisão direta do nucleófilo), típico para haletos metílicos e primários; depende da força do nucleófilo e do acesso estérico ao carbono. Resultado típico: substituição direta (às vezes com inversão de configuração se o carbono for quiral).
    • \mathrm{S_N1}: formação prévia de carbocátion (o grupo sai primeiro) e depois ataque do nucleófilo; típico para terciários e situações que estabilizam carbocátion.
  • Para escolher o reagente, escolhe-se um nucleófilo adequado e condições que favoreçam \mathrm{S_N2} ou \mathrm{S_N1} conforme o substrato (primário → \mathrm{S_N2} preferido).
  • Outro ponto prático: transformar um álcool em haleto costuma ser problemático se o método gerar carbocátion (pode dar rearranjo ou abertura de anel). Métodos que procedem por caminho \mathrm{S_N2} (sem carbocátion) são preferíveis quando se quer evitar rearranjos.

Passo 3

Aplicando ao primeiro caso \mathrm{CH_{3}CH_{2}Cl} \rightarrow \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH}:
  • O substrato é um haleto primário ( \mathrm{CH_{3}CH_{2}Cl}); isso favorece \mathrm{S_N2} quando há um nucleófilo forte como \mathrm{OH^-}.
  • Reação prática: usar hidróxido em água (um nucleófilo óxido/hidróxido) para substituir \mathrm{Cl} por \mathrm{OH}. Por exemplo, \mathrm{NaOH(aq)} ou \mathrm{KOH(aq)} em aquecimento leve. Mecanismo (explicado passo a passo):
    1. Espécie nucleofílica: \mathrm{OH^-} em solução aquosa.
    2. Ataque do \mathrm{OH^-} no carbono que está ligado ao \mathrm{Cl} por trás do grupo ligado (backside attack).
    3. Formação de um estado de transição pentacoordenado (curto instante) e saída simultânea de \mathrm{Cl^-}.
    4. Produto: \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH} e \mathrm{Cl^-}.
  • Equação da transformação (escrevendo a ideia sem balancear outras espécies de sal):
\mathrm{CH_{3}CH_{2}Cl} + \mathrm{OH^-} \longrightarrow \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH} + \mathrm{Cl^-}.
  • Observações práticas: usar solução aquosa de \mathrm{NaOH} ou \mathrm{KOH}; eliminação (E2) é pouco competitiva em haleto primário, então a substituição predomina.

Passo 4

Aplicando ao segundo caso (ciclobutanol \rightarrow bromociclobutano): considerações e escolha do reagente
  • Converter um álcool em brometo de alquila pode ser feito de várias formas: reagentes típicos são \mathrm{HBr}, \mathrm{PBr_3}, ou a reação de Appel ( \mathrm{PPh_3}/\mathrm{CBr_4}).
  • Problema prático com \mathrm{HBr}: em alguns álcoois secundários (como o carbonno do ciclobutano) a protonação do álcool seguida de saída de água gera um carbocátion. Carbocátions em anéis pequenos podem sofrer rearranjos ou abertura de anel por alívio de tensão — isso pode estragar o produto desejado e dar mistura. Por isso, para preservar a integridade do anel e evitar carbocátion intermediário, é preferível um método que proceda por \mathrm{S_N2} (sem gerar carbocátion).
  • \mathrm{PBr_3} é um reagente clássico que converte álcoois primários/sekundários em brometos via um mecanismo em que o oxigênio ataca o fósforo, forma-se um intermediário onde o brometo depois ataca por \mathrm{S_N2}. Esse caminho evita a formação livre de carbocátion e minimiza rearranjos/aberturas de anel.
  • Reação estequiométrica útil (forma geral):
3\,\mathrm{R{-}OH} + \mathrm{PBr_3} \longrightarrow 3\,\mathrm{R{-}Br} + \mathrm{H_3PO_3}.
  • Aplicando ao caso: usar \mathrm{PBr_3} (geralmente em solvente aprotico como éter, em baixa temperatura), resulta em bromociclobutano sem formação de carbocátion livre e com mínima chance de abertura do anel.
  • Alternativa se quiser outra opção: reação de Appel ( \mathrm{PPh_3}/\mathrm{CBr_4}) também converte \mathrm{R{-}OH} em \mathrm{R{-}Br} por um mecanismo que evita carbocátions. Mas a resposta mais direta e clássica é \mathrm{PBr_3}.

Passo 5

Resumo prático das condições e pequenas dicas de prova:
  • Para \mathrm{CH_{3}CH_{2}Cl} \rightarrow \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH}: escreva no gabarito algo como “ \mathrm{NaOH\,(aq)}” ou “ \mathrm{KOH\,(aq)}, aquecimento leve”. Explique rapidamente que é \mathrm{S_N2} em haleto primário.
  • Para ciclobutanol \rightarrow bromociclobutano: escreva “ \mathrm{PBr_3}” (ou em alternativa “Appel: \mathrm{PPh_3}/\mathrm{CBr_4}”), e diga que evita carbocátions e rearranjos.
  • Se for uma prova de múltipla escolha, escolha a opção com \mathrm{NaOH(aq)} para a primeira e \mathrm{PBr_3} para a segunda; se pedirem justificativa curta, mencione “ \mathrm{S_N2} em primário” e “evitar carbocátion/abertura de anel — usar \mathrm{PBr_3}”.

Resposta

\mathrm{NaOH\,(aq)}
\mathrm{PBr_3}

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