Escreva os Mecanismos e as Fórmulas Estruturais para os produtos que formam quando 2-metilciclobuteno reage com cada um dos seguintes reagentes.
concentrado
Passo 1
O enunciado pede: escrever os mecanismos e as fórmulas estruturais dos produtos formados quando o composto 2‑metilciclobuteno reage com
concentrado.
Informações relevantes fornecidas:
Informações relevantes fornecidas:
- Reagente:
concentrado (fonte de e do nucleófilo ). - Substrato: 2‑metilciclobuteno (anel de quatro carbonos com dupla ligação entre
e , e um grupo metil ligado a ). - O que se quer: mecanismo (setas de elétrons descritas) e fórmulas estruturais dos produtos que se formam sob essas condições.
Passo 2
Primeiro, identificar a etapa inicial e o que a reação típica de alqueno +
faz. Conceito chave (explicado de forma simples):
- Alquenos reagem com ácidos por adição eletrofílica: a dupla ligação é nucleófila (tem elétrons) e ataca um próton (
); isso gera um carbocátion. - O próton costuma se ligar ao carbono que leva à formação do carbocátion mais estável (regra de Markovnikov): o próton adiciona no carbono menos substituído, ficando o cátion no carbono mais substituído.
- Depois, um nucleófilo presente (aqui
) ataca o carbocátion, formando um éster sulfúrico (alquil‑hidrogenossulfato) como produto quando não há água disponível.
Passo 3
Vou numerar mentalmente o anel: a dupla é entre
e
; o metil está em
. Para decidir onde o próton se adiciona: se o próton se liga a
(o carbono menos substituído), o carbocátion aparecerá em
, que é mais substituído (tem o metil e dois carbonos do anel) — isto gera um carbocátion terciário/mais estável. Se o próton se ligasse a
, o cátion seria em
(menos estável). Portanto, a adição segue Markovnikov: próton ao
, cátion em
.
Explicando estabilidade de carbocátions (curtinho):
- Carbocátion terciário
secundário primário, porque grupos alquila doam densidade eletrônica por efeito indutivo e hiperconjugação, estabilizando a carga positiva.
Passo 4
Descrever a primeira etapa (protonação) com “setas de elétrons” em palavras:
- Os elétrons da ligação
entre e atacam um próton disponibilizado por . Simultaneamente, uma ligação O–H da se rompe parcialmente enviando elétrons para o oxigénio, gerando . - Resultado desta etapa:
se torna e ganha um ; fica com carga positiva — intermediário carbocátion em .
Mostrar o intermediário em palavras estruturais:
- Intermediário carbocátion: anel de quatro carbonos agora saturado em
(com o H adicionado) e com uma carga positiva localizada em , onde também está ligado o grupo metil. Em notação curta: .
Passo 5
Ataque nucleofílico por
:
- O ânion
(bastante nucleofílico em meio ácido concentrado) ataca o carbocátion em , doando um par de elétrons para formar uma nova ligação C–O. - O produto imediato é o éster sulfúrico (alquil‑hidrogenossulfato) onde o grupo
está ligado ao carbono . Não há água livre suficiente para formar diretamente um álcool, então o éster sulfúrico é o produto isolável sob concentrado.
Explicação adicional curta e prática:
- Em muitas sínteses, se após essa etapa houver lavagem com água (workup aquoso), o grupo
é facilmente hidrolisado, dando o álcool correspondente (neste caso, o álcool terciário em : 2‑metilciclobutan‑2‑ol). Mas como o reagente pedido é concentrado, o produto direto da adição é o éster sulfúrico.
Passo 6
Resumo passo a passo (resumindo as setas e estruturas):
-
(ligação dupla ) ataca vindo de . - Forma‑se carbocátion em
(estável por ser mais substituído). -
ataca o carbocátion em , formando o éster sulfúrico ligado em .
Representação estrutural em palavras (para desenhar na prova):
- Produto principal: anel ciclobutano (quatro vértices), no vértice
há dois substituintes além das ligações ao anel: um grupo (metil) e um grupo (hidrogenossulfato). Ou seja, é um centro terciário ligado a: , , e .
Passo 7
Nome e observações finais (curtas, para a prova):
- Nome do produto isolável sob
concentrado: 2‑metilciclobutan‑2‑il hidrogenossulfato (alquil‑hidrogenossulfato, às vezes chamado de éster sulfúrico do álcool terciário correspondente). - Se houver hidrólise aquosa posterior, o produto convertido será
2‑metilciclobutan‑2‑ol (álcool terciário).
Resposta
Produto principal sob
concentrado: 2‑metilciclobutan‑2‑il hidrogenossulfato (éster sulfúrico), isto é, anel ciclobutano com
e
ligados ao carbono
.
Produto após hidrólise aquosa (workup), se realizado: 2‑metilciclobutan‑2‑ol.
Produto após hidrólise aquosa (workup), se realizado: 2‑metilciclobutan‑2‑ol.