Escreva as estruturas dos produtos orgânicas que resultam de cada uma das seguintes reações:
®-2-metiloxirano + fenóxido de sódio em \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+} \longrightarrow ?

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 (R), reage com metanol ( \mathrm{CH_3OH}) em meio ácido ( \mathrm{H^+}). A pergunta é: qual(is) a(s) estrutura(s) dos produtos orgânicos formados por abertura do epóxido nessas condições?
Informações relevantes dadas:
  • Substrato: epóxido terciário/benzílico (carbono benzílico ligado ao anel fenil e a um hidrogênio; o outro carbono do epóxido é \mathrm{CH_2}). Eu extraí essa descrição do desenho fornecido.
  • Reagente nucleófilo: \mathrm{CH_3OH} (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):
  1. Protonação do epóxido: \mathrm{O} do epóxido recebe um próton e vira \mathrm{O^+H}. 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.
  2. Ataque nucleofílico do metanol: o \mathrm{CH_3OH} 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 \mathrm{CH_2}).
  3. Após o ataque, temos no carbono atacado uma ligação nova a \mathrm{OCH_3} (proveniente do metanol) e no outro carbono fica um oxônio ligado (o oxigênio do epóxido protonado agora ligado ao \mathrm{CH_2} ).
  4. Desprotonação final: uma base (por exemplo outra molécula de metanol ou água formada no meio) remove um próton do oxigênio ligado ao \mathrm{CH_2}, formando o grupo hidroxila \mathrm{CH_2OH}. Ao mesmo tempo, a porção ligada ao carbono benzílico permanece como \mathrm{OCH_3} (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 (R), o ataque do metanol neste carbono produz inversão para (S). O outro carbono do epóxido era \mathrm{CH_2} (não quiral) e continua sem gerar novo centro quiral (fica \mathrm{CH_2OH}).
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 (S) como produto principal se começamos com (R).

Passo 5

Escrevendo a estrutura final de forma clara (o que você vai dar como resposta na prova):
  • Grupo fenil = \mathrm{Ph}.
  • Após abertura: o carbono benzílico fica ligado a \mathrm{OCH_3} (metoxi) e o outro carbono do antigo epóxido fica como \mathrm{CH_2OH}.
  • Estereoquímica: inversão no centro quiral benzílico → (R) inicial → produto principal (S).
Portanto a estrutura do produto é: (S)-1-fenil-2-metoxietanol, que em fórmula condensada estrutural pode ser escrita como \mathrm{Ph\!-\!CH(OCH_3)-CH_2OH}.

Resposta

(S)\text{-}1\text{-fenil-}2\text{-metoxietanol} \;\; \text{(fórmula estrutural: }\mathrm{Ph\!-\!CH(OCH_3)-CH_2OH}\text{)}ó

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