a. Para cada um dos seguintes hidrocarbonetos, escreva as estruturas de todos compostos monoclorados que podem ser obtidos quando estes são tratados com cloro nat presença de radiaçäo ultravioleta.
(I) 3-metilpentano
(II) etilciclopropano
(III) cis-1,2-dietil-2-ciclobutano
b. Explique o mecanismo da reação de hidrocarbonetos com cloro na presença de radiação ultravioleta.
c. Indique nas respostas de 4.a. quais produtos serão formados preferencialmente. Explique porque!

Passo 1

O enunciado pede para fazermos a cloração radicalar (na presença de UV) de três hidrocarbonetos diferentes, obtendo todos os produtos monoclorados possíveis (letra a), explicar o mecanismo radicalar dessa reação (letra b) e dizer quais produtos são formados preferencialmente (letra c). O conteúdo envolvido é halogenação por radical livre, que passa por iniciação, propagação e terminação, e precisa-se identificar os tipos de hidrogênios em cada estrutura (primário, secundário, terciário) para enumerar os isômeros monoclorados.

Passo 2

Para 3-metilpentano a cadeia principal é pentano, com um metil em C-3. A fórmula condensada é \mathrm{CH_3–CH_2–C(CH_3)H–CH_2–CH_3}.
Classificamos os hidrogênios:
– Em C-1 e C-5 (equivalentes) há hidrogênios primários (6 H no total).
– Em C-2 e C-4 (equivalentes) há hidrogênios secundários (4 H no total).
– Em C-3 há um hidrogênio terciário (1 H).
Cada tipo gera um isômero monoclorado, pois os carbonos equivalentes levam ao mesmo produto.

Passo 3

Para etilciclopropano, o anel de três carbonos tem um grupo etil em C-1. A estrutura é
\begin{cases} \text{C1:}\; \mathrm{C–C_2H_5–H},\\\ \text{C2 e C3:}\; \mathrm{CH_2}. \end{cases}
– Em C-1 há um hidrogênio secundário (1 H).
– Em C-2 e C-3 (equivalentes) há hidrogênios primários (4 H no total).
Isso gera dois isômeros monoclorados.

Passo 4

Em cis-1,2-dietilciclobutano temos um anel de quatro carbonos, com etil em C-1 e C-2 (no mesmo lado). A estrutura condensada (parte do anel) é \mathrm{C1H–(C_2H_5),\quad C2H–(C_2H_5),\quad C3H_2,\quad C4H_2}.
– C-1 e C-2 são carbonos secundários equivalentes (2 H total).
– C-3 e C-4 são carbonos primários de anel equivalentes (4 H total).
Portanto obtêm-se dois isômeros monoclorados distintos.

Passo 5

O mecanismo radicalar em geral segue três etapas:
Iniciação: \mathrm{Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2\,Cl\cdot}
Propagação (exemplo de um hidrocarboneto genérico RH): \mathrm{Cl\cdot + R–H \to HCl + R\cdot} \mathrm{R\cdot + Cl_2 \to R–Cl + Cl\cdot}
Terminação (radicais se combinam): \mathrm{Cl\cdot + Cl\cdot \to Cl_2,\quad R\cdot + Cl\cdot \to R–Cl,\quad R\cdot + R\cdot \to R–R}.

Passo 6

A distribuição dos produtos segue a estabilidade dos radicais formados: radical terciário > secundário > primário. Assim, em cada caso, o isômero que vem de um radical mais estável será o majoritário.

Resposta

a) Produtos monoclorados:
para 3-metilpentano:
1\text{-chloro-3-methylpentane},\quad 2\text{-chloro-3-methylpentane},\quad 3\text{-chloro-3-methylpentane}.
para etilciclopropano:
1\text{-chloro-1-ethylcyclopropane},\quad 2\text{-chloro-1-ethylcyclopropane}.
para cis-1,2-dietilciclobutano:
1\text{-chloro-1,2-diethylcyclobutane},\quad 3\text{-chloro-1,2-diethylcyclobutane}.
b) Mecanismo radicalar: iniciação com fotólise de \mathrm{Cl_2} em radicais \mathrm{Cl\cdot}, depois propagação com abstração de H gerando \mathrm{R\cdot} e reação deste com \mathrm{Cl_2} para formar \mathrm{R–Cl} regenerando \mathrm{Cl\cdot}, e terminações onde radicais se combinam.
c) Preferencialmente formam-se os isômeros derivados de radicais mais estáveis: em 3-metilpentano predomina 3-chloro-3-methylpentane (radical terciário), em etilciclopropano predomina 1-chloro-1-ethylcyclopropane (radical secundário) e em cis-1,2-dietilciclobutano predomina 1-chloro-1,2-diethylcyclobutane (radical secundário).

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