2- (2.0 pontos) Em varias reaçôes orgánicas a formaçăo de um carbocátion orgánico, composto orgänico em que um orbital vazio de um carbono da cadeia o deixa com uma carga positiva, é a melhor explicaçao mecanistica. Sobre eles, responda as perguntas?
a. Qual a geometria e hibridaçâo do carbocátion metila \left(\mathrm{CH}_{3}^{*}\right) ? Faça uma correlaçalo desta geometria e hibridação com seu comportamento acido.
b. Seria semethante a qual das especies com fórmula molecular semelhante: \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+, \mathrm{BH}_{3} ou \mathrm{PH}_{3} ? Faça uma comparaçâo da acidez do carbocátion metla com a espécie semelhante escolhida?
c. Qual a ordem de estabilidade entre os carbocations metila, isopropila, fenila e benzila?

Passo 1

O enunciado trata dos carbocátions, em particular do carbocátion metila \mathrm{CH_3^+}. Precisamos:
  1. Determinar sua geometria e hibridação e correlacionar isso com seu caráter ácido (parte a).
  2. Identificar a espécie isoeletrônica entre \mathrm{H_2O^+}, \mathrm{BH_3} e \mathrm{PH_3} e comparar a acidez do carbocátion metila com a escolha (parte b).
  3. Estabelecer a ordem de estabilidade entre os carbocátions metila, isopropila, fenila e benzila (parte c).

Passo 2

Para o carbocátion metila \mathrm{CH_3^+}:
  • Cada ligação C–H usa um orbital \mathrm{sp^2}, restando um orbital p vazio perpendicular ao plano dos H.
  • A geometria é trigonal plana, com ângulos de 120^\circ.
  • Em hibridação \mathrm{sp^2}, o carbono tem 33\% de caráter s, tornando-o mais eletronegativo que em \mathrm{sp^3}. Isso facilita a estabilização da carga positiva, ou seja, o carbocátion é um ácido de Lewis forte, pois aceita par de elétrons no orbital p vazio.

Passo 3

Entre as espécies propostas, \mathrm{CH_3^+} é isoeletrônico com \mathrm{BH_3}: ambas têm seis elétrons ao redor do átomo central e geometria trigonal plana. Comparação de acidez de Lewis:
  • \mathrm{BH_3} é mais ácido de Lewis que \mathrm{CH_3^+} porque o boro é menos eletronegativo e estabiliza pior a densidade negativa ao captar par de elétrons, resultando em maior afinidade por elétrons.
  • Logo, embora \mathrm{CH_3^+} seja ácido de Lewis, ele é menos ácido que \mathrm{BH_3}.

Passo 4

Estabilidade de carbocátions por efeito indutivo e ressonância:
  • Fenila \mathrm{C_6H_5^+}: muito instável, pois perde aromaticidade ao gerar um carbocátion no anel.
  • Metila \mathrm{CH_3^+}: instável, sem efeito indutivo estabilizante.
  • Isopropila \mathrm{(CH_3)_2CH^+}: secundário, recebe estabilização indutiva e hiperconjugativa de dois grupos metila.
  • Benzila \mathrm{C_6H_5CH_2^+}: estabilizado por ressonância com o anel aromático.
    Ordem de estabilidade crescente:
    fenila < metila < isopropila < benzila

Resposta

a. O carbocátion metila tem geometria trigonal plana e hibridação \mathrm{sp^2}, com um orbital p vazio; o maior caráter s na hibridação aumenta a eletronegatividade do carbono, estabilizando a carga positiva e conferindo-lhe forte caráter ácido de Lewis.
b. Isoeletrônico com \mathrm{BH_3}. Embora ambos sejam ácidos de Lewis, \mathrm{BH_3} é mais ácido que \mathrm{CH_3^+} por ter menor capacidade de estabilizar a carga negativa ao aceitar elétrons.
c. fenila < metila < isopropila < benzila

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