Escreva as fórmulas estruturais quando o propanal reage com cada um dos seguintes reagentes: e apresente o mecanismo detalhado para os itens b, d, e, h.
\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{MgBr}, e então \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}

Passo 1

O enunciado pede que eu escreva a(s) fórmula(s) estrutural(is) quando o propanal reage com o reagente dado e, além disso, que eu apresente o mecanismo detalhado para o caso apresentado. As informações explícitas que recebi são:
  • Reagente orgânico de partida: propanal, cuja fórmula condensada é \mathrm{CH_3CH_2CHO}.
  • Reagente que ataca o propanal: fenilmagnésio brometo, \mathrm{C_6H_5MgBr} (também escrito \mathrm{PhMgBr}).
  • Em seguida há uma etapa de trabalho ácido: \mathrm{H_3O^+}.
    O que se pede portanto:
  • escrever a fórmula estrutural do(s) produto(s) dessa sequência de etapas;
  • fornecer um mecanismo detalhado (passo a passo) da reação entre \mathrm{CH_3CH_2CHO} e \mathrm{C_6H_5MgBr} seguido de \mathrm{H_3O^+}.

Passo 2

Breve resumo conceitual (o que preciso saber antes de atacar a reação) — explicação didática e amigável:
  • \mathrm{C_6H_5MgBr} é um reagente de Grignard. Ele funciona como uma fonte de um “íon carbanion” parcial: a ligação \mathrm{C_{Ph}-Mg} é muito polar, com caráter nucleofílico no carbono fenila ( \mathrm{Ph^-} em linguagem simplificada). Portanto \mathrm{Ph^-} ataca centros eletrofílicos (como o carbono carbonílico).
  • Um aldeído como o propanal, \mathrm{CH_3CH_2CHO}, tem o grupo carbonila \mathrm{C=O}. O carbono da carbonila é eletrófilo porque o oxigénio puxa elétrons; isso o torna suscetível ao ataque nucleofílico.
  • Mecanismo geral esperado: ataque nucleofílico do grupo fenil ao carbono carbonílico → formação de um alcóxido ligado ao magnésio (espécie salt-like) → trabalho ácido ( \mathrm{H_3O^+}) protona o alcóxido dando o álcool correspondente.
  • Importante: reações com reagentes de Grignard exigem solvente seco (éter) e ausência de fontes de H (água, álcoois) antes do trabalho ácido, porque \mathrm{PhMgBr} é fortíssimo como base e reagiria com qualquer H ácido.

Passo 3

Descrição passo a passo do mecanismo com detalhes de fluxo eletrônico, estados intermediários e razões químicas — vou mastigar cada movimento de elétrons como se estivéssemos desenhando setas:
  1. Estado inicial (espécies soltas em éter seco):
    \mathrm{CH_3CH_2CHO}\qquad\text{e}\qquad \mathrm{C_6H_5MgBr}
    • No aldeído, o grupo carbonila pode ser representado por \mathrm{R-{\!C(=O)}-H} com R=\mathrm{CH_2CH_3}.
    • No Grignard, simplificamos a eletronegatividade mostrando o carbono fenila como nucleófilo: \mathrm{C_6H_5^{-}Mg^{+}Br} (linguagem de ressonância/representação iônica para entender o ataque).
  2. Ataque nucleofílico (formação da ligação C–C):
    • O par de elétrons do carbono fenila (o caractere nucleofílico de \mathrm{Ph^-}) ataca o carbono da carbonila do propanal.
    • Simultaneamente o par π da ligação \mathrm{C=O} desloca-se para o oxigénio, gerando um oxigénio com carga negativa (alcóxido).
    • Escrevendo a transformação do ponto de vista das espécies: \mathrm{CH_3CH_2\!-\!C(=O)H + C_6H_5^- \longrightarrow CH_3CH_2\!-\!C(O^-)(C_6H_5)H}
    • Mas, porque o magnésio está por perto, o oxigénio negativo coordena ao \mathrm{Mg^{2+}} (na prática \mathrm{MgBr^+} ou complexos semelhantes). O intermediário isolável por espectro seria um sal do tipo: \bigl[\mathrm{C_6H_5\!-\!CH(O^-)\!-\!CH_2CH_3}\bigr]\mathrm{MgBr}
    • Conceito-chave: formação de uma nova ligação carbono–carbono entre o carbono carbonílico e o grupo fenila; o oxigénio fica como alcóxido estabilizado por Mg.
  3. Natureza do centro gerado (quebra de simetria e estereoquímica):
    • O carbono que era carbonílico torna-se um centro estereogénico (ligado a três substituintes diferentes: \mathrm{Ph}, \mathrm{CH_2CH_3} e \mathrm{OH} após protonação). O ataque nucleofílico pode ocorrer de ambos os lados da planar carbonila, logo a mistura formada será racêmica (uma mistura racêmica de enantiômeros) se não houver indução esterequímica.
    • É bom anotar isso para a prova: formação de novo centro quiral → produto racêmico na ausência de controle estereoespecífico.
  4. Trabalho ácido (protonação do alcóxido):
    • Após a etapa de adição, faz‑se a adição de \mathrm{H_3O^+} (ou \mathrm{NH_4Cl}, \mathrm{H_2O} sob condições ácidas) para protonar o oxigénio e liberar o álcool.
    • Reação do alcóxido com \mathrm{H_3O^+}: \bigl[\mathrm{C_6H_5\!-\!CH(O^-)\!-\!CH_2CH_3}\bigr]\mathrm{MgBr} + \mathrm{H_3O^+} \longrightarrow \mathrm{C_6H_5\!-\!CH(OH)\!-\!CH_2CH_3} + \text{(sais de Mg)}
    • Resultado final: o alcóxido é protonado dando o álcool benzílico secundário correspondente; o magnésio sai como sal inorgânico (p.ex. \mathrm{MgBr(OH)} ou complexos aquosos).

Passo 4

Escrevendo a sequência global da reação (esquema curto, só para consolidar a ideia — sem explicar cada seta agora):
\mathrm{CH_3CH_2CHO + C_6H_5MgBr \xrightarrow{\;ether\;} [C_6H_5CH(O^- )CH_2CH_3]MgBr \xrightarrow{\;H_3O^+\;} C_6H_5CH(OH)CH_2CH_3}
  • Observação didática: o solvente costuma ser éter anidro ou tetrahidrofurano (THF) para estabilizar o Grignard; a adição do ácido deve ser feita só depois de concluída a etapa de adição para não destruir o reagente.

Passo 5

Detalhes eletrônicos e contabilidade de elétrons/ cargas (para você saber exatamente o que acontece com as cargas e por que é favorável):
  • Antes do ataque:
    • Carbonilo: o carbono tem polarização \delta^+ porque o oxigénio puxa elétrons.
    • Grignard: o carbono fenila é nucleofílico e básico.
  • Durante o ataque:
    • O par de elétrons do nucleófilo forma uma nova ligação C–C; o par π do carbonilo é deslocado para o oxigénio, gerando \mathrm{O^-}.
    • A formação de \mathrm{O^-} é energeticamente aceita porque Mg2+ estabiliza essa carga no intermediário como um sal.
  • Na protonação:
    • Protonar \mathrm{O^-} para formar \mathrm{OH} é termodinamicamente favorável; além disso, a formação do sal inorgânico estabiliza a etapa final.

Passo 6

Conseqüências práticas e pontos de prova (dicas que costumam cair):
  • Se houver qualquer protão disponível (p.ex. traço de água ou álcool) antes da adição do aldeído, o Grignard será simplesmente protonado e perderá sua reatividade (forma o hidrocarboneto correspondente, aqui: \mathrm{C_6H_6} ou fenil‑hidreto reagente transformado). Por isso reações de Grignard exigem ambiente seco.
  • O produto é um álcool secundário benzílico: esse centro benzílico é relativamente estável.
  • Estereoisomeria: produto final será mistura racêmica de dois enantiômeros (se o centro for quiral), então em prova mencionar “mistura racêmica” conta pontos.

Passo 7

Recapitulando como você deve escrever isso na prova (passo a passo prático que pode copiar):
  1. Escrever a reação inicial: \mathrm{CH_3CH_2CHO + C_6H_5MgBr}.
  2. Dizer que \mathrm{Ph^-} ataca o carbono carbonílico formando o alcóxido ligado ao magnésio: \bigl[\mathrm{C_6H_5CH(O^- )CH_2CH_3}\bigr]\mathrm{MgBr}.
  3. Após trabalho ácido ( \mathrm{H_3O^+}), protonar o alcóxido e escrever o produto álcool: \mathrm{C_6H_5CH(OH)CH_2CH_3}.
  4. Comentar estereoquímica: ataque pode ocorrer por ambos os lados → produto racêmico.

Resposta

\mathrm{C_6H_5CH(OH)CH_2CH_3}

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