- A desidratação do propan-2-ol ocorre em ácido sulfúrico
à
. Utilizando setas curvas, escreva todas as etapas desse mecanismo de desidratação.
Passo 1
O enunciado pede que eu escreva todas as etapas do mecanismo (usando setas curvas) da desidratação do propan-2-ol em
a
. Informações dadas: a substância inicial é o propan-2-ol (isopropanol), a condição ácida é ácido sulfúrico concentrado (
— há
e
em solução), e a temperatura é
. O objetivo é mostrar passo a passo o mecanismo com as setas curvas que indicam o movimento de pares de elétrons.
Passo 2
Explicando a notação das setas curvas (para você entender como desenhar/ler o mecanismo na prova):
- Uma seta curva com cabeça cheia (→ com curva) indica movimento de um par de elétrons (dois elétrons).
- A origem da seta é onde os elétrons estão (um par isolado, uma ligação, etc.). A ponta da seta aponta para onde os elétrons vão (átomo, ligação, próton, etc.).
- Quando um par de elétrons de uma ligação vai para um átomo, isso indica que a ligação se rompeu e os elétrons foram para esse átomo.
Vou usar essa convenção ao descrever cada seta.
Passo 3
Etapa inicial: protonação do grupo hidroxila para torná-lo um bom grupo saída.
- Espécie inicial:
(propan-2-ol). - Em meio fortemente ácido existe
(ou diretamente ). Desenhe uma seta curva saindo de um par isolado do átomo de oxigênio da hidroxila em e apontando para um próton ( ) de (ou de ). Isso representa o oxigênio usando um par de elétrons para ligar-se ao próton. - Resultado desta etapa: formação do oxônio protonado
e regeneração de (ou formação de se o próton veio de ). - Interpretação didática: protonar
transforma um fraco grupo de saída ( ) em uma ótima saída ( ), porque água é neutra e sai facilmente.
Passo 4
Descrevendo a primeira etapa lenta (etapa determinante de velocidade) — saída da água e formação do carbocátion (mecanismo E1).
- A próxima seta curva sai da ligação C–O (a ligação entre o carbono secundário e o oxigênio protonado) e aponta para o oxigênio protonado. Isso mostra que os elétrons dessa ligação vão para o oxigênio, rompendo a ligação C–O e liberando
como molécula neutra. - Depois desse movimento temos:
(carbocátion secundário) + . - Observação importante (didática): o carbocátion formado é secundário. Carbocátions secundários são suficientemente estáveis para serem intermediários; não há rearranjo favorável aqui (não existe um carbocátion terciário acessível por mudança de hidreto ou metila), então aceitaremos o carbocátion secundário como o intermediário real.
Passo 5
Explicando por que o mecanismo é E1 e o papel do aquecimento:
- Mecanismo E1 significa eliminação em duas etapas: (1) formação do carbocátion (etapa lenta) e (2) remoção de um próton adjacente para formar o alqueno (etapa rápida).
- O aquecimento (
) favorece a saída de água e a reação de eliminação (favorece produtos de eliminação sobre substituição), aumentando a taxa de eliminação.
Passo 6
Etapa final: desprotonação para formar o alceno (propeno).
- Agora desenhe uma seta curva saindo do par de elétrons da ligação C–H de um dos carbonos adjacentes ao carbocátion (especificamente de um hidrogênio em um dos carbonos metila adjacentes ao carbono carregado) e apontando para a ligação entre os dois carbonos (para formar a ligação dupla C=C).
- Simultaneamente, desenhe outra seta curva mostrando um par de elétrons da ligação C–C que se densifica na nova ligação dupla (essa segunda seta às vezes é implícita ao desenhar a primeira: a ideia é que o par de elétrons do C–H vai formar a ligação dupla).
- O próton abstraído é recebido por uma base presente no meio ácido diluído da reação — em solução aquosa com
a base mais provável é ou . Então desenhe uma seta curva do par isolado de (ou de ) apontando para o hidrogênio que será removido (ou, preferencialmente, desenhe a seta do C–H para a base, mostrando transferência). - Resultado: formação do alceno
(prop-1-eno, usualmente chamado propeno) e formação de que regenera ou formação de se atuou como base — em qualquer caso o ácido é catalítico e é regenerado.
Passo 7
Resumo das setas (para você desenhar exatamente na prova):
- Setas da etapa de protonação:
- do par isolado no oxigênio de
→ para um de (ou de ).
- do par isolado no oxigênio de
- Setas da etapa de saída da água:
- da ligação C–O (os elétrons dessa ligação) → para o oxigênio protonado, resultando em rompimento C–O e saída de
.
- da ligação C–O (os elétrons dessa ligação) → para o oxigênio protonado, resultando em rompimento C–O e saída de
- Setas da etapa de eliminação (formação da dupla ligação):
- do par de elétrons da ligação C–H adjacente → formando a ligação C=C (seta apontando para a região entre os dois carbonos),
- simultaneamente a base (
ou ) recebe o próton (seta do par isolado da base → para o H, ou do H–C → para a base).
- Não esqueça de indicar a regeneração do ácido:
+ → ou + → , conforme o caminho que desenhou.
Passo 8
Comentários didáticos finais (dicas para a prova):
- Sempre rotule os pares de elétrons e mostre claramente a origem e destino das setas; os examinadores costumam pedir isso.
- Justifique por que o grupo sai como
: porque primeiro protonei a hidroxila. - Indique que a etapa lenta é a saída de água (formação do carbocátion) — isso explica por que a velocidade depende apenas da concentração do álcool em muitos casos (mecanismo unimolecular na etapa lenta).
- Dica prática: desenhe as estruturas com hachuras ou com clara indicação dos pares isolados do oxigênio, e escreva ao lado as espécies que atuam como base (
ou ). Mostre a regeneração do catalisador ácido para fechar o ciclo.