Escreva as fórmulas estruturais para os produtos se que formam quando o 1buteno reage com cada um dos seguintes reagentes:
\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}, concentrado, quente

Passo 1

O enunciado pede: escrever as fórmulas estruturais dos produtos que se formam quando o 1-buteno reage com o reagente \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4}, concentrado e quente.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
  • Reagente orgânico inicial: 1-buteno, cuja fórmula estrutural é \mathrm{CH}_2=\mathrm{CH}\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3.
  • Reagente: \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4} concentrado, em condições quentes (ou seja, sem adição deliberada de água).
  • O pedido é: escrever as fórmulas estruturais dos produtos formados nessa reação.

Passo 2

O que acontece primeiro (mecanismo passo a passo): protonação do alceno. Vou explicar isso devagarinho.
Alcenos têm uma dupla ligação \mathrm{C}=\mathrm{C} que é rica em elétrons — por isso ela atrai prótons ( \mathrm{H}^+) de ácidos fortes como o \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4}. Quando o próton se adiciona, a dupla se quebra e forma-se um carbocátion (um átomo de carbono com carga positiva). A posição onde o próton se liga é aquela que leva ao carbocátion mais estável. Esse é o cerne da regra de Markovnikov.

Passo 3

Aplicando essa ideia ao nosso caso: 1-buteno é \mathrm{CH}_2=\mathrm{CH}\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3. Se o próton \mathrm{H}^+ se liga ao carbono terminal \mathrm{CH}_2 (o carbono 1), a carga positiva fica no carbono 2, gerando um carbocátion secundário, mais estável que um carbocátion primário. Se o próton se ligasse ao carbono 2, a carga positiva ficaria no carbono 1 (carbocátion primário), menos estável. Portanto o caminho preferido forma o carbocátion secundário. Escrevendo a etapa de protonação:
\mathrm{CH}_2=\mathrm{CH}\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3 \xrightarrow{\mathrm{H}^+} \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}^+\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3.
Aqui eu usei que o próton se adicionou ao carbono 1, gerando o carbocátion secundário em carbono 2 ( \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}^+\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3).

Passo 4

Explicando por que o carbocátion secundário é mais estável (uma mini-aula):
  • Carbocátions são estabilizados por efeito indutivo e por hiperconjugação. Um carbono secundário (ligado a dois grupos alquila) fornece mais hiperconjugação e efeito indutivo do que um carbono primário (ligado a um grupo alquila). Logo, o carbocátion secundário é energeticamente mais baixo (mais estável) e é formado preferencialmente.
  • Essa preferência é o que dá a regra de Markovnikov: o hidrogênio se adiciona ao carbono com mais hidrogênios (o menos substituído), deixando o carbocátion no carbono mais substituído.

Passo 5

O que ataca o carbocátion? No meio temos o ânion \mathrm{HSO}_4^- (bisulfato), formado quando \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 doa \mathrm{H}^+. Esse íon é nucleófilo o suficiente para atacar o carbocátion e se ligar ao carbono carregado, formando um éster sulfúrico (um sulfato orgânico ligado por oxigênio), chamado de sulfato de alquila (ou mais precisamente hidrogenossulfato de alquila, também chamado de alkyl hydrogen sulfate). A etapa de ataque é:
\mathrm{CH}_3\mathrm{CH}^+\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3 + \mathrm{HSO}_4^- \longrightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}(\mathrm{OSO}_3\mathrm{H})\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3.

Passo 6

Interpretação do produto formado: o composto formado é o éster sulfúrico do álcool correspondente, isto é, o hidrogenossulfato do grupo sec-butilo (ou “sec-butyl hydrogen sulfate”). Em forma condensada (estrutura orgânica escrita linearmente) o produto é
\mathrm{CH}_3\mathrm{CH}(\mathrm{OSO}_3\mathrm{H})\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3.
Esse é o produto direto da adição de \mathrm{HSO}_4^- ao carbocátion — e é consistente com a adição segundo Markovnikov (o grupo \mathrm{OSO}_3\mathrm{H} ficou no carbono 2).

Passo 7

Observação prática importante (útil para prova): às vezes os livros ou provas mencionam também o produto que surge se você, após formar o hidrogenossulfato de alquila, fizer hidrólise (tratar com água) — nesse caso o grupo \mathrm{OSO}_3\mathrm{H} é substituído por \mathrm{OH}, dando o álcool secundário correspondente, o 2-butanol. A equação conceitual da hidrólise é:
\mathrm{CH}_3\mathrm{CH}(\mathrm{OSO}_3\mathrm{H})\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \longrightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}(\mathrm{OH})\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3 + \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4.
Portanto, se o meio for posteriormente aquoso, o produto final que se costuma citar em muitas questões é o álcool de Markovnikov, \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}(\mathrm{OH})\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3 (2-butanol).

Passo 8

Resumo dos pontos-chave para lembrar na hora da prova (rapidinho, tipo checklist):
  • Protonação do alceno forma o carbocátion mais estável (aqui, carbocátion secundário).
  • Nucleófilo presente no meio ( \mathrm{HSO}_4^-) ataca o carbocátion formando o hidrogenossulfato de alquila (adição de \mathrm{HSO}_4 via ligação \mathrm{O}).
  • Produto direto com \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4} concentrado (sem água) é o hidrogenossulfato de alquila.
  • Se houver trabalho a quente com água/neutralização, o hidrogenossulfato é hidrolisado e forma-se o álcool de Markovnikov (2-butanol).

Resposta

\mathrm{CH}_3\mathrm{CH}(\mathrm{OSO}_3\mathrm{H})\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3
\mathrm{CH}_3\mathrm{CH}(\mathrm{OH})\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3

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