Escreva uma equação, usando a notação de seta curva, para cada reação ácido-base que ocorrerá quando se misturarem os seguintes reagentes. Se nenhuma reação ácidobase apreciável ocorrer, porque o equilíbrio é desfavorável, você deve indicar.
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{Li} em hexano e etino

Passo 1

O enunciado pede: escrever a equação (usando notação de seta curva) para cada reação ácido–base que acontecerá ao misturar os reagentes dados. Os reagentes fornecidos são: \mathrm{CH_{3}CH_{2}Li} em hexano e etino ( \mathrm{HC\equiv CH}). Isto é tudo que tenho para trabalhar.

Passo 2

Vamos listar as informações relevantes e o que podemos assumir de química prática sem inventar nada:
  • \mathrm{CH_{3}CH_{2}Li} é uma fonte de um carbaníon fortemente básico: podemos representar a espécie básica como \mathrm{CH_{3}CH_{2}^{-}} com contra-íon \mathrm{Li^{+}}. Em hexano (solvente apolar e não protonante) esse reagente age como base forte (e nucleófilo).
  • Etino é o acetileno simples, representado por \mathrm{HC\equiv CH}. Ele possui hidrogênios acetilênicos relativamente ácidos (comparados a hidrogênios em alcanos).
  • Para decidir se ocorre reação ácido–base devemos comparar as acididades relativas (pKa) das possíveis ácidos envolvidos: o ácido do qual o protão é removido e o ácido formado após a transferência de protão.

Passo 3

Pequena aula sobre pKa e equilíbrio ácido–base (passo essencial para decidir se a reação acontece):
  • O pKa é uma medida da acidez: quanto menor o pKa, mais ácido é o composto.
  • Em uma reação do tipo \mathrm{B^{-} + HA \rightleftharpoons BH + A^{-}}, a constante de equilíbrio K relaciona-se com os pKa dos ácidos envolvidos pela fórmula
K \approx 10^{\mathrm{p}K_a(BH) - \mathrm{p}K_a(HA)}.
Aqui \mathrm{p}K_a(BH) é o pKa do conjugado ácido da base inicial \mathrm{B^{-}} e \mathrm{p}K_a(HA) é o pKa do ácido que está sendo desprotonado.
  • Se \mathrm{p}K_a(BH) \gg \mathrm{p}K_a(HA), então K é muito grande e a reação favorece fortemente os produtos (a base desprotona o ácido mais ácido).

Passo 4

Aplicando isso ao nosso caso:
  • O conjugado ácido de \mathrm{CH_{3}CH_{2}^{-}} é o etano \mathrm{CH_{3}CH_{3}}, cujo \mathrm{p}K_a está por volta de \;50.
  • O ácido sendo desprotonado é o etino ( \mathrm{HC\equiv CH}), com \mathrm{p}K_a por volta de \;25.
  • Portanto, usando a fórmula,
K \approx 10^{50 - 25} = 10^{25},
ou seja, o equilíbrio favorece fortemente os produtos. Conclusão: a reação ácido–base ocorre praticamente completa no sentido de desprotonar o etino.

Passo 5

Descrição do que acontece quimicamente (mecanismo com setas curvas — explicação passo a passo):
  • O par de elétrons do carbono ligado a \mathrm{Li} em \mathrm{CH_{3}CH_{2}^{-}} ataca o protão do \mathrm{HC\equiv CH}. Isso é mostrado por uma seta curva saindo do par de elétrons no carbono (do nucleófilo) para o hidrogénio do etino.
  • Simultaneamente, a ligação \mathrm{C–H} do etino doa seus elétrons para o próprio carbono acetalínico, formando o ânion acetilido \mathrm{HC\equiv C^{-}}. Isso é mostrado por outra seta curva saindo da ligação \mathrm{C–H} para o carbono.
  • O contra-íon \mathrm{Li^{+}} liga-se ao ânion formado, dando \mathrm{HC\equiv C^{-}Li^{+}}.
  • O produto ácido formado é o etano \mathrm{CH_{3}CH_{3}}, que é pouco ácido (pKa ~50). Se o etano escapar como gás, isso ainda desloca o equilíbrio para a direita.

Passo 6

Escrevendo a equação química completa (este é o resultado prático que você pode usar na prova). Vou apresentar primeiro a equação estequiométrica e logo abaixo a descrição do movimento de elétrons através de setas curvas (representadas pelos símbolos \curvearrowright e \curvearrowleft, indicando as duas setas curvas do mecanismo).

Resposta

\mathrm{CH_{3}CH_{2}Li} + \mathrm{HC\equiv CH} \longrightarrow \mathrm{CH_{3}CH_{3}} + \mathrm{HC\equiv C^{-}Li^{+}}
\text{Mecanismo (setas curvas): }\quad \mathrm{CH_{3}CH_{2}^{-}}\xrightarrow{\\ \curvearrowright\\ \text{(do par eletrônico para }H\text{)}\\ } \mathrm{H{-}C\equiv C{-}H}\xrightarrow{\\ \curvearrowleft\\ \text{(dos elétrons da ligação C–H para }C\text{)}\\ } \mathrm{HC\equiv C^{-}}ôéçã

Exercícios relacionados