Para cada um dos compostos abaixo, proponha uma rota de síntese a partir de um haleto de alquila a sua escolha.
SH

Passo 1

O objetivo é sintetizar o composto cuja SMILES é \text{CCC(S)CC}. Esse SMILES corresponde ao tioálcool (tiol) chamado 3-mercaptopentano, cuja fórmula estrutural linear posso escrever como \mathrm{CH_3CH_2CHSHCH_2CH_3}.\n\nO enunciado pede: a partir de um haleto de alquila à minha escolha, proponha uma rota de síntese que leve a esse tioálcool. As informações que temos são apenas o produto final e a liberdade para escolher um haleto de partida.

Passo 2

Escolha do haleto de partida e justificativa (informal, tipo bate-papo de prova): escolho o haleto \mathrm{CH_3CH_2CHBrCH_2CH_3} (3-bromopentano). Por quê? Porque esse haleto já tem o mesmo esqueleto carbônico do produto (mesmo número de carbonos e posição central do grupo que queremos introduzir), portanto só precisamos trocar o átomo halogênio por um grupo tiol ( \mathrm{–SH}). Em química orgânica isso é tipicamente feito por uma substituição nucleofílica no carbono ligado ao halogênio. Como o carbono é secundário, devo escolher um método que favoreça substituição sobre eliminação e que funcione bem para introduzir enxofre.

Passo 3

Apresento a rota principal (método confiável para haletos secundários): via tiouréia (thiourea) seguida de hidrólise básica. Esquema resumido (longo caminho explicado nos próximos passos):
\mathrm{CH_3CH_2CHBrCH_2CH_3} \xrightarrow{\text{thiourea, EtOH, reflux}} \text{isotio-urônio} \xrightarrow{\text{NaOH, H_2O}} \mathrm{CH_3CH_2CHSHCH_2CH_3}ô
Agora vou explicar passo a passo o porquê e como fazer na prova.

Passo 4

Conceito necessário — substituição nucleofílica e escolha do nucleófilo (aula curtinha, mas essencial):
  • Substituição nucleofílica é quando um nucleófilo (espécie rica em elétrons) ataca um carbono ligado a um bom grupo saída (por exemplo, \mathrm{Br^-}) e o substitui. Existem dois mecanismos principais: \mathrm{S_N2} (ataque por trás, ocorre num só passo; favorecido por carbonos primários e nucleófilos fortes e “soft”) e \mathrm{S_N1} (formação de carbocátion; favorecido por carbonos terciários).
  • Nosso carbono é secundário. Para evitar eliminação ( \mathrm{E2}) devemos usar um nucleófilo que não seja fortemente básico e condições que favoreçam substituição. Enxofre é um nucleófilo “soft” — bom para atacar carbonos secundários — e reagentes como tiouréia ou tioacetato são clássicos para converter haletos em tióis com baixa ocorrência de eliminação.

Passo 5

Mecanismo prático do método com tiouréia (o que você deve escrever/mostrar na prova):
  1. Reação inicial: adição nucleofílica de tiouréia ( \mathrm{NH_2CSNH_2}) ao haleto. O átomo de enxofre da tiouréia ataca o carbono ligado ao bromo por um mecanismo tipo \mathrm{S_N2}, deslocando \mathrm{Br^-} e formando uma sal intermediário chamado isotiourônio:
\mathrm{CH_3CH_2CHBrCH_2CH_3} + \mathrm{NH_2CSNH_2} \longrightarrow \text{isotiourônio (R–S–C(NH_2)=NH^+)\;Br^-}ô
  1. Hidrólise básica: tratamento do isotiourônio com \mathrm{NaOH} aquoso (ou etóxido seguido de água) converte o grupo isotiourônio em tiol liberando um derivado de ureia. A reação global transforma o fragmento R–S– protegido no \mathrm{R–SH} desejado:
\text{isotiourônio} \xrightarrow{\mathrm{NaOH, H_2O}} \mathrm{CH_3CH_2CHSHCH_2CH_3} + \text{derivado de ureia}ô
Condições típicas de prova: primeiro refluxo em etanol com tiouréia por algumas horas; em seguida adição de \mathrm{NaOH} aquoso e aquecimento moderado para hidrolisar.

Passo 6

Por que esse método funciona bem (dicas de prova e armadilhas):
  • A tiouréia é um nucleófilo centrado no enxofre; ataca bem carbonos secundários com menor tendência a provocar eliminação do que um forte nucleófilo básico ( \mathrm{NaSH} ou \mathrm{RS^-} muito básico podem dar \mathrm{E2}).
  • O intermediário isotiourônio é estável o suficiente para ser formado e depois convertido em tiol sob hidrólise controlada.
  • Alternativa comum (útil citar na prova) é usar \mathrm{KSAc} (tioacetato) para fazer \mathrm{R–SAc} via \mathrm{S_N2} e depois hidrólise/clivagem do grupo acetila para dar \mathrm{R–SH}. Essa rota é frequentemente mais usada para haletos primários, mas também funciona para secundários com solventes e condições adequadas.

Passo 7

Mostrando as equações com o nosso composto explícito (isso é exatamente o que escreva na prova, passo a passo):
  1. Formação do sal de isotiourônio:
\mathrm{CH_3CH_2CHBrCH_2CH_3} + \mathrm{NH_2CSNH_2} \xrightarrow{\text{EtOH, reflux}} \text{[}\mathrm{CH_3CH_2CH(S–C(NH_2)=NH_2)^+CH_2CH_3}\text{]Br^-}
  1. Hidrólise:
\text{isotiourônio} \xrightarrow{\mathrm{NaOH, H_2O}} \mathrm{CH_3CH_2CHSHCH_2CH_3} + \text{ureia deriv.}ô
Condições operacionais para a prova: primeiro refluxo em etanol (ou metanol) com excesso de tiouréia; depois resfriar, adicionar \mathrm{NaOH} aquoso e aquecer até completar a hidrólise; acidificar levemente se necessário e extrair o tiol.

Passo 8

Rota alternativa (curta) que também vale citar na prova — via tioacetato:
  1. Substituição nucleofílica:
\mathrm{CH_3CH_2CHBrCH_2CH_3} + \mathrm{KSAc} \xrightarrow{\text{acetona ou DMF, r.t.}} \mathrm{CH_3CH_2CH(SAc)CH_2CH_3}
  1. Hidrólise do tioacetato:
\mathrm{CH_3CH_2CH(SAc)CH_2CH_3} \xrightarrow{\mathrm{NaOH, H_2O}} \mathrm{CH_3CH_2CHSHCH_2CH_3} + \text{acetato}
Vantagem: tioacetatos são nucleófilos pouco básicos, reduzem eliminação; desvantagem: às vezes etapas extras de purificação.

Passo 9

Como apresentar isso na prova (modelo de resposta curta e objetiva que o professor vai gostar):
  • Escrever o haleto inicial \mathrm{CH_3CH_2CHBrCH_2CH_3}.
  • Indicar reagente 1: \mathrm{NH_2CSNH_2} (thiourea), solvente \mathrm{EtOH}, aquecer (reflux).
  • Indicar reagente 2: \mathrm{NaOH} aquoso, aquecer — obtém-se \mathrm{CH_3CH_2CHSHCH_2CH_3}.
  • (Opcional) mencionar alternativa com \mathrm{KSAc} seguido de hidrólise.

Resposta

\mathrm{CH_3CH_2CHBrCH_2CH_3} \xrightarrow{\mathrm{NH_2CSNH_2},\;EtOH,\;reflux} \text{isotiourônio} \xrightarrow{\mathrm{NaOH},\;H_2O} \mathrm{CH_3CH_2CHSHCH_2CH_3}ô

Exercícios relacionados