1. a) Mostre que tipo de espécies podem se formar quando acontece uma cisão heterolítica na ligação C-Cl em \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3} \mathrm{C}-\mathrm{Cl}.
    b) faça o mesmo quando acontece uma clivagem homolítica na ligação C-Cl.

Passo 1

O enunciado pede duas coisas distintas sobre a ligação C–Cl do composto \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}-\mathrm{Cl}:
  • (a) Identificar que tipo de espécies surgem se a ligação sofre uma cisão heterolítica.
  • (b) Identificar que tipo de espécies surgem se a ligação sofre uma clivagem homolítica.
Informação dada: a molécula inicial é \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}-\mathrm{Cl} (terc‑butil cloreto). Não há mais dados numéricos; a pergunta é conceitual sobre os produtos da quebra da ligação C–Cl.

Passo 2

O que é cisão heterolítica (explicação didática)?
  • Definição simples: numa cisão heterolítica, o par de elétrons da ligação fica com um dos átomos — ou seja, os dois elétrons da ligação vão para um dos fragmentos. Resultado: formam‑se íons (uma carga positiva e uma negativa).
  • Como escrever isso para o nosso caso: se os dois elétrons da ligação C–Cl forem para o cloro, a equação da quebra é
\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}-\mathrm{Cl} \longrightarrow \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{+} + \mathrm{Cl}^{-}.
  • Interpretação da seta de elétrons (curved arrow): a seta sai da ligação C–Cl apontando para o cloro, indicando que o par eletrônico da ligação termina no cloro.

Passo 3

Por que o resultado mais provável da heterólise é \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{+} + \mathrm{Cl}^{-}? (aula rápida de estabilidade)
  • Eletronegatividade: o cloro ( \mathrm{Cl}) é mais eletronegativo que o carbono ( \mathrm{C}). Em termos práticos, isso significa que, quando a ligação se rompe de forma heterolítica, é energeticamente mais fácil para o par de elétrons ficar no átomo mais eletronegativo (o cloro), formando \mathrm{Cl}^{-}.
  • Estabilidade do carbocátion terciário: o íon \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{+} é um carbocátion terciário. Terc‑carbocátions são relativamente estáveis porque os grupos metila vizinhos doam densidade eletrônica por efeito indutivo positivo ( +I) e, importantíssimo, por hiperconjugação.
    • Hiperconjugação (explicação simples): é a estabilização que ocorre quando ligações \mathrm{C}-\mathrm{H} adjacentes podem “compartilhar” (parcialmente) densidade com o centro positivo — cada ligação C–H ao lado do carbocátion fornece uma pequena estabilização. Quanto mais grupos alquila e mais hidrogênios adjacentes, maior a hiperconjugação.
  • Solvatação e tamanho do ânion: \mathrm{Cl}^{-} é bem estabilizado em meios polares (solvatação) e, por ser relativamente grande, dispersa bem a carga negativa. Isso torna a formação de \mathrm{Cl}^{-} favorável.

Passo 4

Existe a alternativa teórica inversa na heterólise? (não pule etapas)
  • Sim: em princípio a heterólise poderia ocorrer fazendo com que os dois elétrons fiquem no carbono, gerando
\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{-} + \mathrm{Cl}^{+}.
  • Por que isso é muito improvável aqui:
    • \mathrm{Cl}^{+} é altamente desestabilizado: cloro, sendo eletronegativo, não gosta de perder elétrons a ponto de ficar com carga positiva.
    • \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{-} (carbanião terciário) também é relativamente instável: grupos alquila tendem a desestabilizar carga negativa no carbono por efeito indutivo (+I); carbanions preferem estar em carbonos menos substituídos ou serem estabilizados por efeitos de ressonância/eletronegatividade de átomos vizinhos.
  • Conclusão: a formação de \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{+} + \mathrm{Cl}^{-} é a via heterolítica mais plausível; a via inversa é teoricamente possível, mas energeticamente muito desfavorecida.

Passo 5

O que é clivagem homolítica (explicação didática) e como se aplica ao nosso caso?
  • Definição simples: na clivagem homolítica, a ligação se quebra de modo que cada átomo fica com um elétron da ligação — ou seja, os dois elétrons são divididos igualmente. Resultado: formam‑se radical livre (espécies com elétron desemparelhado).
  • Escrever a reação no nosso caso:
\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}-\mathrm{Cl} \longrightarrow \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{\bullet} + \mathrm{Cl}^{\bullet}.
  • Notação: o ponto ^{\bullet} indica o elétron desemparelhado (radical).
  • Estabilidade dos radicais: o radical terciário \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{\bullet} é relativamente estável comparado a radicais secundários ou primários, de novo por hiperconjugação — as mesmas interações que estabilizam carbocátions ajudam, embora a ordem de estabilidade entre carbocátions e radicais seja diferente.
  • Quando ocorre homólise: normalmente por fornecimento de energia (luz, calor) ou por iniciadores que geram radicais; é comum em reações de substituição radicalar (por ex., cloração radicalar de alcanos).

Passo 6

Resumo prático para a prova (como reconhecer e escrever rapidamente)
  • Heterólise: escreva dois íons. Para C–Cl em \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}-\mathrm{Cl} o produto mais esperado é \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{+} + \mathrm{Cl}^{-}. Justifique rapidamente: cloro é mais eletronegativo e estabiliza carga negativa; carbocátion terciário é relativamente estável por hiperconjugação e efeito indutivo.
  • Homólise: escreva dois radicais. Para o mesmo composto escreve-se \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{\bullet} + \mathrm{Cl}^{\bullet}. Justifique: cada átomo fica com um elétron da ligação; ocorre sob luz/ calor/ iniciadores e gera radicais.

Resposta

(a) \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{+} e \mathrm{Cl}^{-} (predominante; a via oposta \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{-} + \mathrm{Cl}^{+} é muito desfavorecida).
(b) \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}\mathrm{C}^{\bullet} e \mathrm{Cl}^{\bullet}.

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