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