Dé a estrutura dos produtos de reação do cis-2-buteno com:
, cat.
Passo 1
O enunciado pede: "Dê a estrutura dos produtos de reação do
com
, cat.
".
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
- Reagentes:
e . - Condição: ácido sulfúrico como catalisador, ou seja, meio ácido que promove hidratação eletrofílica do alceno.
- Estrutura do alceno inicial (escrita de forma condensada):
(e o enunciado especifica que é a isomeria cis).
O que é pedido: a(s) estrutura(s) do(s) produto(s) formados sob essas condições.
Passo 2
Entendendo, passo a passo, o tipo de reação que ocorre (aula rápida em linguagem simples).
Quando um alceno reage com água em presença de ácido forte (aqui como catalisador) ocorre uma adição eletrofílica em que:
Quando um alceno reage com água em presença de ácido forte (aqui
- o alceno é protonado (o duplo elétron ataca um próton
) formando um carbocátion; - a água nucleófila ataca esse carbocátion formando um íon oxônio;
- ocorre desprotonação para gerar o álcool final, regenerando o catalisador ácido.
Essa sequência é chamada de hidratação ácida (ou hidratação eletrofílica). Sempre que eu apresentar fórmulas químicas, uso a notação condensada dentro de.
Passo 3
Aplicando ao nosso alceno: protonação do
de
.
Como ambos os carbonos do duplo ligante são igualmente substituídos (cada um ligado a um e a um
), a protonação pode dar lugar ao mesmo tipo de carbocátion independente de qual carbono recebe o próton. O carbocátion formado é um carbocátion secundário do tipo
(a carga positiva fica em um carbono secundário). Escrevendo a etapa com setas reacionais de forma simplificada:
Como ambos os carbonos do duplo ligante são igualmente substituídos (cada um ligado a um
Importante didático: o carbocátion é planar (o carbono positivo tem hibridização
), o que significa que a face superior e a face inferior estão igualmente acessíveis para o nucleófilo.
Passo 4
Ataque da água no carbocátion.
A água ( ) é a nucleófila que ataca o centro carbocatiônico planar. Como as duas faces são igualmente acessíveis, a água pode atacar pela face “de cima” ou “de baixo” com igual probabilidade. Isso cria um intermediário oxônio:
A água (
(escrevendo de forma condensada: o grupo
ligado ao carbono secundário).
Passo 5
Desprotonação do oxônio para formar o álcool e regenerar o catalisador.
O intermediário oxônio perde um próton para outra molécula de água (ou para o ânion sulfato em solução), formando o álcool:
O intermediário oxônio perde um próton para outra molécula de água (ou para o ânion sulfato em solução), formando o álcool:
que é o
-butanol. O catalisador ácido (
) é regenerado no processo.
Passo 6
Consequência estereoquímica — por que formamos uma mistura racêmica?
O centro que recebe o grupo no produto final é um carbono quiral (no produto
o carbono 2 tem quatro substituintes diferentes). Como a etapa determinante (ataque da água) ocorre sobre um carbocátion planar, a água ataca com igual probabilidade de ambos os lados, gerando tanto o enantiômero
-2-butanol quanto o enantiômero
-2-butanol em proporções iguais. Portanto o produto isolado é uma mistura racêmica (50:50) dos dois enantiômeros.
O centro que recebe o grupo
Passo 7
Resumo sobre seletividade e possíveis rearranjos.
- Aqui o produto majoritário/único da hidratação ácida do
é o -butanol, porque a formação do carbocátion secundário é a etapa favorecida e não há rearranjo que leve a um carbocátion mais estável (já estamos em um carbocátion secundário e a simetria do substrato evita complicações). - A isomeria cis do alceno inicial não impõe retenção estereoquímica no produto final, pois o mecanismo via carbocátion perde a informação de face (o carbocátion é planar).
Resposta
2-butanol:
(mistura racêmica de
-2-butanol e
-2-butanol)