Escreva a estrutura do(s) produto(s) orgânico(s) formado(s) na reação do 2,2,4,4-tetrametilpentano com cloro na presença de luz.

Passo 1

O que o enunciado pede: escrever a(s) estrutura(s) do(s) produto(s) orgânico(s) formados quando o \,2,2,4,4-tetrametilpentano reage com cloro na presença de luz.
Informações dadas (resumo): reagente = \mathrm{Cl_2}, condição = luz (radicalar, homolítico). Substrato = \,2,2,4,4-tetrametilpentano (cadeia pentana com dois carbonos quaternários em \,C_2 e \,C_4, cada um com dois metilos).
O enunciado não pede rendimentos numéricos explícitos, mas é importante identificar todos os produtos de monocloração possíveis e qual é o majoritário sob cloração radicalar.

Passo 2

Entendendo bem a estrutura do reagente e contando hidrogênios (isso é crucial): descrevo a cadeia principal e os tipos de hidrogênio que existem.
A estrutura condensada do substrato pode ser escrita como
\mathrm{CH_3 - C(CH_3)_2 - CH_2 - C(CH_3)_2 - CH_3}.
Agora conto os hidrogênios por tipo:
  • Hidrogênios secundários: o carbono central \,C_3 é \mathrm{CH_2}, logo tem 2 hidrogênios secundários.
  • Hidrogênios primários tipo A (metilas terminais, \,C_1 e \,C_5): cada uma é \mathrm{CH_3}, total 6 hidrogênios primários aqui.
  • Hidrogênios primários tipo B (os quatro metilos “geminais” ligados a \,C_2 e \,C_4): são quatro grupos \mathrm{CH_3} equivalentes entre si por simetria, total 12 hidrogênios primários aqui.
Portanto temos 2 hidrogênios secundários e 18 hidrogênios primários (divididos em 6 + 12).

Passo 3

Mecanismo qualitativo (muito importante para saber quais produtos surgem): cloração em presença de luz segue mecanismo radicalar em três etapas principais.
Iniciação (fotólise):
\mathrm{Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2\,Cl\cdot}
Propagação (duas etapas repetidas):
\mathrm{R-H + Cl\cdot \longrightarrow R\cdot + HCl}
\mathrm{R\cdot + Cl_2 \longrightarrow R-Cl + Cl\cdot}
Terminação (quando dois radicais se combinam; ocorre, mas produz pequenas quantidades de subprodutos irrelevantes aqui).
Comentário didático: na etapa de abstração, o radical cloro \mathrm{Cl\cdot} retira um H de algum carbono R-H, gerando um radical carbonado R\cdot. A facilidade dessa abstração depende da estabilidade do radical formado: radicais terciários > secundários > primários. Para o cloro a seletividade é baixa (menos seletivo que o bromo), mas ainda assim radicais mais estáveis são favorecidos.

Passo 4

Quantificando a probabilidade de formação de cada radical (método prático para prever distribuição de produtos): usamos a regra prática de que a velocidade relativa de abstração de um hidrogênio é proporcional ao número de hidrogênios daquele tipo multiplicado pela reatividade relativa desse tipo para o cloro.
Valores aproximados de reatividade relativa para cloração: 1^\circ : 2^\circ : 3^\circ \approx 1 : 3{,}8 : 5. Aqui não há 3^\circ. Então usaremos 1 para hidrogênios primários e 3{,}8 para secundários.
Calculo “peso” relativo de cada tipo:
  • Hidrogênios secundários: 2 hidrogênios \times 3{,}8 = 7{,}6.
  • Hidrogênios primários (terminais): 6 \times 1 = 6.
  • Hidrogênios primários (metilos ligados a C_2/C_4): 12 \times 1 = 12.
Soma total dos pesos:
7{,}6 + 6 + 12 = 25{,}6.
Percentuais aproximados (útil para saber qual produto é majoritário):
\text{secundário: }\frac{7{,}6}{25{,}6}\approx 29{,}7\%\quad(\approx 30\%),á
\text{primário (term): }\frac{6}{25{,}6}\approx 23{,}4\%\quad(\approx 23\%),á
\text{primário (geminal metilos): }\frac{12}{25{,}6}\approx 46{,}9\%\quad(\approx 47\%).á
Interpretação: apesar de cada hidrogênio secundário ser mais reativo que um primário, há muito mais hidrogênios primários (especialmente os 12 ligados aos metilos geminais), por isso a cloração nesses metilos é estatisticamente a maior fração do produto.

Passo 5

Identificação das estruturas/isômeros de monocloração possíveis (há três tipos distintos de posições de H, portanto três isômeros de monocloração constitutional distintos):
  1. Cloração no carbono secundário \,C_3 (os 2 H equivalentes): forma um único isômero constitucional, cuja estrutura condensada é
\mathrm{CH_3 - C(CH_3)_2 - CH(Cl) - C(CH_3)_2 - CH_3}
IUPAC: \,3-cloro- 2,2,4,4-tetrametilpentano.
  1. Cloração numa metila terminal ( C_1 ou C_5; essas duas posições são equivalentes por simetria): estrutura condensada
\mathrm{ClCH_2 - C(CH_3)_2 - CH_2 - C(CH_3)_2 - CH_3}
IUPAC: \,1-cloro- 2,2,4,4-tetrametilpentano (o caso do C_5 é a mesma molécula por simetria).
  1. Cloração em um dos metilos geminais ligados a \,C_2 ou \,C_4 (os quatro desses metilos são equivalentes por simetria): aí o grupo substituinte passa a ser um clorometil ligado ao \,C_2 (ou simetricamente ao \,C_4), condensado:
\mathrm{CH_3 - C\bigl(CH_3\,,\,CH_2Cl\bigr) - CH_2 - C(CH_3)_2 - CH_3}
uma forma mais legível:
\mathrm{CH_3 - C(CH_3)(CH_2Cl) - CH_2 - C(CH_3)_2 - CH_3}
IUPAC: \,2-(clorometil)- 2,4,4-trimetilpentano (o caso no C_4 é equivalente).

Passo 6

Observações adicionais e estereoquímica rápida:
  • Não surgem centros quirais novos relevantes aqui: por simetria os produtos citados não dão mistura de enantiômeros.
  • A reação gera uma mistura de isômeros: aproximadamente 47\% do produto clorado nos metilos geminais (produto majoritário), cerca de 30\% do produto clorado no carbono secundário \,C_3, e cerca de 23\% do produto clorado nas metilas terminais (valores aproximados, dependem de condições experimentais).

Resposta

\mathrm{CH_3 - C(CH_3)_2 - CH(Cl) - C(CH_3)_2 - CH_3} (IUPAC: 3-cloro- 2,2,4,4-tetrametilpentano) — ~ 30\%
\mathrm{ClCH_2 - C(CH_3)_2 - CH_2 - C(CH_3)_2 - CH_3} (IUPAC: 1-cloro- 2,2,4,4-tetrametilpentano) — ~ 23\%
\mathrm{CH_3 - C(CH_3)(CH_2Cl) - CH_2 - C(CH_3)_2 - CH_3} (IUPAC: 2-(clorometil)- 2,4,4-trimetilpentano) — ~ 47\%

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