6- ( 1 ponto) O etilenoglicol \left(\mathrm{HO}-\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{OH}\right) é um importante composto produzido industrialmente para diversas aplicações. Explique com reações porque ele não é produzido por uma dupla hidratação do etino (\mathrm{HC} \equiv \mathrm{CH}) e como é produzido a partir do eteno \left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{C}=\mathrm{CH}_{2}\right).

Passo 1

O enunciado pede duas coisas claras:
  1. Explicar por que o etilenoglicol \left(\mathrm{HO}-\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{OH}\right) não é obtido por uma “dupla hidratação” do etino \left(\mathrm{HC}\equiv\mathrm{CH}\right).
  2. Explicar como o etilenoglicol é produzido a partir do eteno \left(\mathrm{H}_{2}\mathrm{C}=\mathrm{CH}_{2}\right).
Informações relevantes dadas (vou listar as fórmulas para ficar tudo claro):
\text{etilenoglicol: } \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH}
\text{etino (acetileno): } \mathrm{HC\equiv CH}
\text{eteno (etileno): } \mathrm{H_{2}C=CH_{2}}

Passo 2

Primeiro vamos entender o que acontece quando você tenta hidratar um alcino terminal (como o etino). Hidratação ácida de alcinos (condições comuns: \mathrm{H_{2}O}, \mathrm{H_{2}SO_{4}} e \mathrm{Hg^{2+}} como \mathrm{HgSO_{4}}) segue este esquema geral:
\mathrm{R-C\equiv C-H} \xrightarrow{\mathrm{H_{2}O,\\ H^{+},\\ Hg^{2+}}} \text{enol} \longrightarrow \text{(tautomeriza)} \longrightarrow \text{carbonila (aldeído/cetona)}.í
No caso específico do etino ( \mathrm{HC\equiv CH}) a reação dá:
\mathrm{HC\equiv CH} \xrightarrow{\mathrm{H_{2}O,\\ H_{2}SO_{4},\\ HgSO_{4}}} \mathrm{CH_{3}CHO}
ou seja, obtém-se etanal (acetaldeído). Vou explicar por que isso ocorre, passo a passo, de forma didática.
Mecanismo básico (explicado simples):
  • A dupla/tripla ligação é nucleófila; em meio ácido, o alcino é protonado primeiro, formando um carbocátion vinílico (ou um intermediário ligado ao mercúrio se \mathrm{Hg^{2+}} estiver presente).
  • A água ataca esse centro e dá um enol ( \mathrm{CH_{2}=C(OH)H} — que é o etenol).
  • Enóis são instáveis e rapidamente tautomerizam (rearranjam) para a forma carbonila correspondente (por transferência de protão e reorganização de ligações \pi). Assim o enol vira etanal:
\text{enol (etenol)} \longrightarrow \mathrm{CH_{3}CHO}
Essa tautomerização é muito favorecida termodinamicamente: a forma carbonila (aldeído/ cetona) é mais estável que o enol.

Passo 3

Agora, por que a “dupla hidratação” não dá \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH}?
  • A ideia de “dupla hidratação do etino” implicaria adicionar duas vezes \mathrm{H_{2}O} sobre o triplo para que cada carbono ficasse com um \mathrm{OH}. Mas na realidade, a hidratação de alcinos não entrega diretamente dois \mathrm{OH} vicinais; ela gera primeiro um enol que logo vira carbonila (aldeído/ cetona).
  • No caso do etino, o produto da hidratação não é um diol vicinal (óxido ligado em carbonos adjacentes), é um aldeído: \mathrm{CH_{3}CHO}. Se você tentar “hidratar” o aldeído para transformá-lo em diol, o que se obtém por hidratação de carbonila é um diol geminal, isto é, ambos os \mathrm{OH} no mesmo carbono:
\mathrm{CH_{3}CHO} + H_{2}O \rightleftharpoons \mathrm{CH_{3}-C(OH)_{2}-H}
isso é um hidrato de aldeído (geminal diol), e não \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH}. Note a diferença:
  • geminal diol (hidrato de etanal): \mathrm{CH_{3}-C(OH)_{2}-H}
  • etilenoglicol (vicinal diol): \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH}
Portanto, mesmo insistindo em adicionar água ao produto da hidratação do etino, você não converte \mathrm{CH_{3}CHO} num diol vicinal com dois carbonos cada um com \mathrm{OH}. A química do alcino conduz à formação de carbonila, e a química da carbonila conduz a geminal diol (se houver muita água), não ao vicinal diol desejado.

Passo 4

Resumo curto do porquê NÃO funciona:
  • Hidratação ácida de alcinos → enol → tautomeriza para carbonila.
  • Produto é \mathrm{CH_{3}CHO} (etanal), não um composto com dois \mathrm{OH} em carbonos adjacentes.
  • Hidratação adicional de uma carbonila gera um geminal diol ( \mathrm{CH_{3}-C(OH)_{2}-H}), diferente do etilenoglicol ( \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH}).

Passo 5

Agora: como se obtém etilenoglicol a partir do eteno? Vou mostrar as rotas importantes, com explicação e condições.
Rota industrial principal (mais importante para prova e para a indústria):
  1. Oxidação seletiva do eteno para óxido de etileno (epóxido):
\mathrm{H_{2}C=CH_{2}} + \tfrac{1}{2}\mathrm{O_{2}} \xrightarrow{\text{Ag (cat.)}} \mathrm{C_{2}H_{4}O}
Observação: industrialmente usa-se oxidação parcial sobre prata como catalisador para formar o epóxido (óxido de etileno). Esse processo é muito eficiente e evita queimar o eteno a \mathrm{CO_{2}}.
  1. Hidrólise do óxido de etileno (abertura do anel epóxido) para dar etilenoglicol:
\mathrm{C_{2}H_{4}O} + H_{2}O \xrightarrow{\text{ácido ou base}} \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH}á
Mecanismo resumido (didático):
  • Em meio ácido: o oxigênio do epóxido é protonado, tornando o anel mais eletrofílico; a água ataca um dos carbonos (os dois carbonos são equivalentes no epóxido simples), abre o anel e, após desprotonação, forma-se o diol vicinal (etilenoglicol). Como o epóxido é um anel de três, sua abertura é bastante favorecida, então a hidrólise dá fácil o diol vicinal desejado.
Rota alternativa (útil conceitualmente, menos usada industrialmente por custo):
  • Dihidratação sin de uma dupla ligação (adição sin de duas hidroxilas) usando reagentes como \mathrm{OsO_{4}} (ósmio tetroxido) ou permanganato frio \mathrm{KMnO_{4}} diluído:
\mathrm{H_{2}C=CH_{2}} \xrightarrow{\mathrm{OsO_{4}} \text{ ou } \mathrm{KMnO_{4}\\ (frio)}} \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH}
Aqui o mecanismo é uma adição concertada (sin) de dois \mathrm{OH} sobre os carbonos da dupla ligação, produzindo diretamente o diol vicinal. Para pequenas escalas ou sínteses de laboratório isso é prático; industrialmente a rota do óxido de etileno é muito mais eficiente.

Passo 6

Recapitulando em linguagem de prova (o que você precisa lembrar na hora):
  • Nunca pense que hidratação de alcino terminal vai dar etilenoglicol: hidratação de alcinos dá enol → tautomeriza para carbonila (no caso do acetileno dá etanal).
  • Etilenoglicol é um vicinal diol; derivar vicinal diol de alcino via “dupla hidratação” não é a reação que realmente ocorre.
  • A forma prática/industrial de obter etilenoglicol a partir do eteno é: primeiro transformar eteno em óxido de etileno (epóxido) e depois hidrólise do epóxido para o diol:
\mathrm{H_{2}C=CH_{2}} \xrightarrow{\text{(Ag, O_{2})}} \mathrm{C_{2}H_{4}O} \xrightarrow{H_{2}O} \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH}.

Resposta

Não — a hidratação do etino sob condições ácidas ( \mathrm{H_{2}O},\\ \mathrm{H_{2}SO_{4}},\\ \mathrm{Hg^{2+}}) forma primeiro um enol que tautomeriza para etanal:
\mathrm{HC\equiv CH} \xrightarrow{\mathrm{H_{2}O,\\ H_{2}SO_{4},\\ HgSO_{4}}} \mathrm{CH_{3}CHO},
portanto não se obtém \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH} (etilenoglicol).
Produção a partir do eteno — rota industrial:
\mathrm{H_{2}C=CH_{2}} + \tfrac{1}{2}\mathrm{O_{2}} \xrightarrow{\text{Ag (cat.)}} \mathrm{C_{2}H_{4}O}
\mathrm{C_{2}H_{4}O} + H_{2}O \xrightarrow{\text{ácido ou base}} \mathrm{HO-CH_{2}-CH_{2}-OH}.á
(rota alternativa de laboratório: di-hidratação sin com \mathrm{OsO_{4}} ou \mathrm{KMnO_{4}} frio também dá o diol).

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