Escreva as estruturas dos produtos orgânicas que resultam de cada uma das seguintes reações:
®-2-metiloxirano + fenóxido de sódio em
?
®-2-metiloxirano + fenóxido de sódio em
Passo 1
O enunciado dá uma epóxido quiral (o epóxido mostrado na imagem, que é o epóxido do estireno, portanto o carbono mais substituído é o carbono benzílico) na configuração
, reage com metanol (
) em meio ácido (
). A pergunta é: qual(is) a(s) estrutura(s) dos produtos orgânicos formados por abertura do epóxido nessas condições?
Informações relevantes dadas:
Informações relevantes dadas:
- Substrato: epóxido terciário/benzílico (carbono benzílico ligado ao anel fenil e a um hidrogênio; o outro carbono do epóxido é
). Eu extraí essa descrição do desenho fornecido. - Reagente nucleófilo:
(metanol). - Condição: meio ácido (protonação do epóxido antes do ataque nucleofílico).
O que se pede: estrutura(s) do(s) produto(s) após abertura do epóxido.
Passo 2
Conceito-chave (mecânica geral): em meio ácido o epóxido tem o oxigénio protonado antes da abertura; isto forma um oxônio mais facilmente aberto. Depois da protonação, a abertura do anel por ataque nucleofílico ocorre preferencialmente no carbono mais substituído (aquele que melhor estabiliza a carga positiva — aqui, o carbono benzílico), devido ao caráter parcial carbocatiônico do estado de transição. Em linguagem simples: protonamos o oxigénio, o anel fica “tenso” e o nucleófilo (metanol) ataca o carbono que melhor estabilizaria a carga positiva (no nosso caso, o carbono ligado ao grupo fenil).
Explicação didática das etapas envolvidas:
- Protonação do oxigénio do epóxido aumenta sua eletrofilia.
- O ataque nucleofílico preferencial do metanol dá-se no carbono mais substituído (benzílico) — isto é típico de abertura de epóxidos em meio ácido.
- Após o ataque, o anel abre e formam-se um grupo alquoxila ligado ao carbono atacado (a partir do nucleófilo) e um grupo OH no outro carbono (após desprotonação do oxônio formado).
Passo 3
Desenvolvimento passo a passo da reação (mecânica com ênfase em cada transformação, como se você fizesse num rascunho de prova):
-
Protonação do epóxido:
do epóxido recebe um próton e vira . Isso torna os dois carbonos do anel epóxido muito mais suscetíveis a ataque nucleofílico porque ao abrir o anel fica uma espécie de carga positiva parcial no carbono atacado. -
Ataque nucleofílico do metanol: o
ataca o carbono mais substituído (o carbono benzílico). Desenhe a seta do par de elétrons do oxigênio do metanol para esse carbono. O ataque causa a abertura do anel, rompendo a ligação C–O ao outro carbono (o ). -
Após o ataque, temos no carbono atacado uma ligação nova a
(proveniente do metanol) e no outro carbono fica um oxônio ligado (o oxigênio do epóxido protonado agora ligado ao ). -
Desprotonação final: uma base (por exemplo outra molécula de metanol ou água formada no meio) remove um próton do oxigênio ligado ao
, formando o grupo hidroxila . Ao mesmo tempo, a porção ligada ao carbono benzílico permanece como (após perda do próton do oxônio de metanol, se necessário), resultando no produto neutro.
Observação sobre regioquímica (resumo prático): ataque em meio ácido → ataque no carbono mais substituído (aqui o carbono benzílico). Em meio básico forte → ataque geralmente no carbono menos substituído (SN2 puro).
Passo 4
Questão estereoquímica (muito importante para prova): o ataque nucleofílico que abre o epóxido ocorre por um mecanismo com caráter SN2 no carbono atacado (ataque por trás), portanto há inversão da configuração naquele centro quiral. Como o epóxido inicial tem o carbono benzílico em
, o ataque do metanol neste carbono produz inversão para
. O outro carbono do epóxido era
(não quiral) e continua sem gerar novo centro quiral (fica
).
Observação prática: em epóxidos com estabilização carbocatiônica muito forte pode ocorrer alguma perda de estereocontrole (alguma racemização), mas em muitos problemas de prova assume-se inversão no centro atacado; portanto utilize
como produto principal se começamos com
.
Passo 5
Escrevendo a estrutura final de forma clara (o que você vai dar como resposta na prova):
- Grupo fenil =
. - Após abertura: o carbono benzílico fica ligado a
(metoxi) e o outro carbono do antigo epóxido fica como . - Estereoquímica: inversão no centro quiral benzílico →
inicial → produto principal .
Portanto a estrutura do produto é:
-1-fenil-2-metoxietanol, que em fórmula condensada estrutural pode ser escrita como
.