Mostre o mecanismo completo da adição a partir do but-2-eno com os seguintes reagentes:
\mathrm{H}^{+} / \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CO}_{2} \mathrm{H}

Passo 1

O que o enunciado pede e o que foi dado.
  • Pede: mostrar o mecanismo completo da adição ao alceno partindo de \mathrm{but\!-\!2\!-\!eno} com reagentes \mathrm{H^+} e \mathrm{CH_3CO_2H}.
  • Dados (peguei do enunciado):
    • Alceno inicial: \mathrm{CH_3CH=CHCH_3} (but-2-eno).
    • Reagentes: íon próton \mathrm{H^+} (ácido) e ácido acético \mathrm{CH_3CO_2H} (solvente / nucleófilo).
  • O objetivo concreto aqui é desenrolar passo a passo como as setas de elétrons se movem, quais intermediários aparecem, como o catalisador ácido é regenerado e qual produto final é formado.

Passo 2

Ideia geral do mecanismo e primeiro evento: ataque eletrofílico ao duplo ligante.
  • Conceito rápido (aula curtinha): um alceno tem uma nuvem de elétrons pi que é nucleofílica — ou seja, pode doar elétrons. Um próton \mathrm{H^+} é eletrofílico (aceita elétrons). Na presença de ácido, o primeiro passo típico é a protonação do duplo para formar um carbocátion.
  • No nosso caso, o duplo de \mathrm{CH_3CH=CHCH_3} é simétrico em torno do centro da ligação dupla. Logo, protonar um dos carbonos da dupla dá, após o movimento de elétrons, um carbocátion secundário em um dos carbonos internos; protonar o outro carbono dá um carbocátion equivalente (mesma espécie, por simetria). Portanto não há problema de regiocontrole — ambos os caminhos levam ao mesmo intermediário.
  • Movimento eletrônico descrito (flechas curvas, em palavras): o par π da ligação C=C doa-se para o próton \mathrm{H^+}; isso forma uma ligação C–H em um carbono e deixa o carbono adjacente com deficiência eletrônica (carbocátion).
  • Produto desse passo (intermediário): carbocátion secundário, que posso escrever como \mathrm{CH_3-CH^+-CH_2-CH_3} (que é equivalente por simetria a \mathrm{CH_3-CH_2-CH^+-CH_3}). Esse carbocátion é estabilizado por hyperconjugação dos grupos metila vizinhos (explico em seguida).

Passo 3

Por que forma-se esse carbocátion (estabilidade) — mini-aula sobre estabilidade de carbocationes.
  • Regra prática: carbocátions são mais estáveis quanto mais substituído for o carbono carregado (terciário > secundário > primário) porque grupos alquila doam densidade por hiperconjugação e efeito indutivo, estabilizando a carga positiva.
  • No but-2-eno a protonação leva a um carbocátion secundário (estável o suficiente para ser intermediário reativo). Além disso, como o alceno é simétrico, não há formação preferencial de um carbocátion menos estável — os dois caminhos são equivalentes.
  • Consequência: o carbocátion é um centro planar, sp2, com orbital p vazio, portanto é acessível para ataque nucleofílico de ambos os lados (face superior e face inferior).

Passo 4

Ataque nucleofílico do ácido acético ao carbocátion — descrição passo a passo.
  • Quem é o nucleófilo? Em meio ácido, a espécie nucleofílica disponível é o próprio ácido acético \mathrm{CH_3CO_2H} (oxigênio com pares livres) ou ocasionalmente o ânion acetato \mathrm{CH_3CO_2^-} se existir algum equilíbrio de ionização. Uma descrição padrão usa o oxigênio do ácido acético doando um par de elétrons para o carbocátion.
  • Movimento eletrônico (em palavras): um par de elétrons não-ligantes do oxigênio da carbonila/éster de \mathrm{CH_3CO_2H} ataca o centro carbocatiônico, formando uma nova ligação C–O. O produto imediato é um oxônio (um éster protonado), isto é, uma espécie onde o oxigênio ligado agora tem carga positiva porque ganhou uma ligação extra.
  • Escrevendo a espécie formada: protonated acetate bound to the chain, por exemplo \mathrm{CH_3-CH(O^+HCOCH_3)-CH_2-CH_3} — melhor escrito como o éster protonado \mathrm{[CH_3-CH(OCOCH_3)CH_2CH_3]^+} (a notação é para indicar que o oxigênio carrega carga positiva por estar protonado/ligado extra).

Passo 5

Desprotonação e regeneração do ácido (fechando o ciclo catalítico).
  • Depois do ataque, o oxigênio que entrou ligado ao carbono está protonado/positivamente carregado. Para formar o produto neutro final (o éster), é preciso perder um próton desse oxigênio.
  • Quem remove esse próton? Outra molécula de \mathrm{CH_3CO_2H} ou a base conjugada presente no meio (por exemplo \mathrm{CH_3CO_2^-} ou mesmo água traço) pode funcionar como base e abstrair o próton. Isso gera o produto neutro e regenera \mathrm{H^+} (o ácido age como catalisador).
  • O produto neutro resultante é o éster de adição: o grupo acetoxi \mathrm{OCOCH_3} ligado à cadeia alcólica. Uma fórmula estrutural clara é \mathrm{CH_3-CH(OCOCH_3)-CH_2-CH_3}, que é o nome funcionalmente conhecido como 2-acetoxibutano (ou butano-2-il acetato).

Passo 6

Resumo do mecanismo em sequência (flechas em palavras) e observações práticas.
  • Sequência resumida:
    1. Protonação do duplo: o par π de \mathrm{CH_3CH=CHCH_3} ataca \mathrm{H^+} → forma \mathrm{CH_3-CH^+-CH_2-CH_3}.
    2. Ataque nucleofílico: par livre do oxigênio de \mathrm{CH_3CO_2H} ataca o carbocátion → forma éster protonado/oxônio.
    3. Desprotonação: perda de \mathrm{H^+} do oxigênio protonado por uma base (ex.: \mathrm{CH_3CO_2^-}) → produto neutro \mathrm{CH_3-CH(OCOCH_3)-CH_2-CH_3} e regeneração de \mathrm{H^+}.
  • Observações estereoquímicas e regiocontrol:
    • Regioquímica: neste caso não há ambiguidade porque o but-2-eno é simétrico; tanto faz qual carbono recebe o H e qual recebe \mathrm{OCOCH_3} — o produto é o mesmo (posição 2 ou 3 equivalentes por giro da cadeia).
    • Estereoquímica: o carbocátion é planar, então o ataque do nucleófilo pode ocorrer de ambos os lados com igual probabilidade, resultando em mistura racêmica se o centro formado for quiral. Assim, espera-se perda de controle estereosspecífico (produto racêmico se o centro for estereogênico).
    • Papel do ácido: catalisador — fornece \mathrm{H^+} para ativar o alceno e é regenerado no final.

Passo 7

Escrevendo o produto final de forma clara e dando nome IUPAC e nota sobre rendimento/condições.
  • Produto isolado (estrutura): \mathrm{CH_3-CH(OCOCH_3)-CH_2-CH_3}.
  • Nome comum/IUPAC: 2-acetoxibutano (ou butano-2-ol acetato, mais formalmente butan-2-yl acetate).
  • Nota experimental curta: a reação é uma adição nucleofílica ao carbocátion (mecanismo tipo EAS/adição eletrofílica seguida de captura nucleofílica). Em prática, usa-se excesso de \mathrm{CH_3CO_2H} e acidificação controlada; isolam-se muitas vezes ésteres em bons rendimentos. Como o mecanismo envolve carbocátion, rearranjos são possíveis em outros substratos não-simétricos; aqui não há rearranjo relevante porque o carbocátion já é secundário e bastante estável.

Resposta

\mathrm{CH_3-CH(OCOCH_3)-CH_2-CH_3}

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