Partindo-se do etino reagindo bromopropano como você sintetizaria o ácido benzóico no menor número de etapas possível? Apresente todas as condições reacionais e reagentes usados.

Passo 1

O enunciado pede: a partir de etino reagindo com bromopropano, sintetizar o ácido benzóico no menor número de etapas possível, indicando reagentes e condições. Informações relevantes dadas/implicadas:
  • Reagentes iniciais disponíveis: etino (acetileno), que represento como \mathrm{C_2H_2}, e bromopropano (presumo 1‑bromopropano, \mathrm{C_3H_7Br}).
  • Produto alvo: ácido benzóico, \mathrm{C_6H_5CO_2H}.
  • Objetivo: menor número de etapas prático, com condições reacionais completas.
    (Não vou resolver ainda; apenas confirmei o que é pedido e quais são os dados.)

Passo 2

Escolha da estratégia (explicação clara e intuitiva, sem jargão complicado).
  • Para chegar a \mathrm{C_6H_5CO_2H} precisamos de um anel benzênico com um grupo carboxila ligado. A maneira mais direta, em poucas etapas, é:
    1. formar o benzeno ( \mathrm{C_6H_6}) a partir do etino ( \mathrm{C_2H_2}) via ciclotrimerização (3 moléculas de etino → 1 de benzeno);
    2. introduzir uma cadeia alkila (propila) no anel usando o bromopropano via alquilação eletrofílica do anel (Friedel–Crafts);
    3. oxidar a cadeia alkila ligada ao anel até transformar toda a cadeia em carboxila — reação clássica: oxidação de benzylicidade com permanganato ( \mathrm{KMnO_4}) dá ácido benzóico.
  • Raciocínio prático: a alquilação pode dar rearranjo (n‑propil → isopropil), mas ambos os produtos têm hidrogênios benílicos e são oxidados por \mathrm{KMnO_4} a \mathrm{C_6H_5CO_2H}. Assim não nos atrapalha e mantém o caminho curto (3 etapas).

Passo 3

Reação 1 — Converter etino ( \mathrm{C_2H_2}) em benzeno ( \mathrm{C_6H_6}).
  • Reação: ciclotrimerização de alquinos.
  • Equação (display):
3\\ \mathrm{C_2H_2}\\ \xrightarrow{\text{catalisador de metal (p.ex. }\mathrm{Co_2(CO)_8}\text{ ou Ni), alta pressão/temperatura}}\\ \mathrm{C_6H_6}ã
  • Explicação didática: três moléculas de etino se unem formando um anel aromático. Na prática isso é feito com catalisadores de metais de transição (cobalto, níquel, etc.) em condições controladas (temperatura elevada e pressão de acetileno). Pense nisso como “encaixar três hastes de dois carbonos” numa roda de seis carbonos. Para a prova, basta lembrar: pela ciclotrimerização catalítica de \mathrm{C_2H_2} obtém‑se \mathrm{C_6H_6}.
  • Observações experimentais: operar em sistema fechado com catalisador apropriado e remoção de subprodutos; rendimento industrial pode ser bom com catalisadores adequados.

Passo 4

Reação 2 — Alquilação de Friedel–Crafts: introduzir propila no benzeno usando 1‑bromopropano ( \mathrm{C_3H_7Br}).
  • Reação (display):
\mathrm{C_6H_6} + \mathrm{C_3H_7Br} \xrightarrow{\mathrm{AlCl_3},\\ \text{anhidro},\\ \text{DCM ou CS_2},\\\ 0^\circ\!-\! \text{rt}} \\ \mathrm{C_6H_5C_3H_7} \\ (\text{propil­benzeno / possivelmente cumeno por rearranjo})­
  • Mecanismo e explicação didática: o \mathrm{AlCl_3} coordena com o haleto formando um eletrofílico (espécie tipo \mathrm{C_3H_7^+} ou complexo próximo disso). O anel benzênico age como nucleófilo (electrophilic aromatic substitution) e captura esse eletrofílico, formando o alquilbenzeno. Importante: carbocátions primários tendem a rearranjar; com 1‑bromopropano pode ocorrer rearranjo para o carbocátion secundário (leading to cumene/isopropilbenzene), mas para nosso objetivo isso não é problema porque qualquer isômero alquilado com hidrogênio benzílico é oxidável a ácido benzóico.
  • Condições práticas: meio anidro (umidade estraga \mathrm{AlCl_3}), solvente apolar clorado (diclorometano) ou \mathrm{CS_2}, temperatura controlada para minimizar policondensação e over‑alkylation; uso de excesso de benzeno também ajuda a limitar policondensação.

Passo 5

Reação 3 — Oxidação do grupo alquila ligado ao anel até ácido benzóico.
  • Reação (display):
\mathrm{C_6H_5C_3H_7} \xrightarrow{\text{excesso de }\mathrm{KMnO_4},\\ \text{aq, aquecimento}} \mathrm{C_6H_5CO_2H}
  • Explicação didática do processo: o \mathrm{KMnO_4} em meio aquoso quente oxida o carbono benzílico (o primeiro carbono ligado ao anel) até carboxila. Isso funciona mesmo se houver uma cadeia maior — toda a cadeia ligada ao anel é “cortada” e convertida em -\mathrm{CO_2H}. Assim propilbenzeno, isopropilbenzeno ou outros alquilbenzenos são convergidos para ácido benzóico.
  • Procedimento prático e work‑up: aquecer a mistura com \mathrm{KMnO_4} até consumo do substrato (observa‑se formação de \mathrm{MnO_2} marrom/negro); filtrar o \mathrm{MnO_2}; acidificar o filtrado com \mathrm{HCl} diluído para precipitar o ácido benzóico; filtrar e purificar por recristalização (ex.: água quente).
  • Observações: \mathrm{KMnO_4} pode oxidar demais em condições extremas, mas para benzylic oxidation é padrão e muito confiável.

Passo 6

Resumo didático do mecanismo global e por que é eficiente:
  • Etapas totais: 3 etapas curtas e conceitualmente simples.
    1. trimerização de \mathrm{C_2H_2} \mathrm{C_6H_6};
    2. Friedel–Crafts com \mathrm{C_3H_7Br} e \mathrm{AlCl_3} → alquilbenzeno;
    3. oxidação com \mathrm{KMnO_4} em quente → \mathrm{C_6H_5CO_2H}.
  • Por que não fiz outras rotas mais longas? Porque usar o bromopropano diretamente para introduzir a cadeia alkila e então oxidar é a maneira mais curta e utiliza exatamente os reagentes dados. Alternativas (como gerar um reagente de Grignard em anel e carboxilar) exigiriam mais etapas e reagentes adicionais.
  • Pontos de atenção para a prova: explique a função de \mathrm{AlCl_3} (gerador de eletrofílico para EAS), memorize que \mathrm{KMnO_4} oxida hidrogênios benzílicos até -\mathrm{CO_2H}, e saiba que ciclotrimerização de alquinos forma anéis benzênicos.

Resposta

3\\ \mathrm{C_2H_2} \xrightarrow{\text{ciclotrimerização, cat. de metal (p.ex. }\mathrm{Co_2(CO)_8}\text{), alta }T/p}\\ \mathrm{C_6H_6}çã
\mathrm{C_6H_6} + \mathrm{C_3H_7Br} \xrightarrow{\mathrm{AlCl_3},\\ \text{anhidro, DCM},\\\ 0^\circ\!-\!\text{rt}} \\ \mathrm{C_6H_5C_3H_7}
\mathrm{C_6H_5C_3H_7} \xrightarrow{\text{excesso de }\mathrm{KMnO_4},\\ \text{aq, aquecimento};\\ \text{filtrar MnO_2; acidificar}} \\ \mathrm{C_6H_5CO_2H}

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