Prediga os produtos das seguintes reações de condensação:
ácido etanodióico com etano-1,2-diol

Passo 1

O enunciado pede para prever os produtos da reação de condensação entre o ácido etanodióico e o etano-1,2-diol.
As informações dadas são:
  • Reagentes: \mathrm{ácido\\ etanodióico} = \mathrm{HOOC\!-\!COOH}áó (ácido oxálico).
  • Reagente: \mathrm{etano\text{-}1,2\text{-}diol} = \mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} (glicol etilenato, etilenoglicol).
    O que se pede: prever quais compostos podem se formar quando esses dois compostos reagem por condensação (formações de ésteres com eliminação de água).

Passo 2

Conceito básico — como funciona uma condensação ácido carboxílico + álcool (esterificação acid-catalisada), explicação passo a passo simples e sem pular etapas:
  • Reação geral de esterificação entre um grupo carboxílico e um grupo hidroxila é, para cada ligação éster formada,
\mathrm{R\!-\!COOH} + \mathrm{R'\!-\!OH} \xrightarrow{\text{H}^+,\\ \Delta} \mathrm{R\!-\!COOR'} + \mathrm{H_2O}.
  • Mecanismo (resumido, cada etapa explicada):
    1. Protonação do oxigénio carbonílico do ácido ( \mathrm{H}^+ dá mais eletrofilicidade ao carbono carbonílico). Isso torna o carbono mais suscetível a ataque nucleofílico.
    2. O oxigénio do álcool ataca o carbono carbonílico protonado, formando um intermediário tetraédrico (espécie com quatro ligações ao carbono).
    3. Realocação de prótons (transferência intramolecular ou mediada pelo ácido) prepara a saída de uma molécula de água.
    4. Eliminação de \mathrm{H_2O} e desprotonação final fornecem o éster e regeneram o catalisador ácido.
  • Cada formação de uma ligação éster consome uma molécula de água. Portanto, se duas ligações éster são formadas (um diácido formando dois ésteres), geram-se 2 moléculas de \mathrm{H_2O}.

Passo 3

Aplicando ao par concreto \mathrm{HOOC\!-\!COOH} + \mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH}: que possibilidades existem?
  • Possibilidade A — formação de um éster mono-substituído (meia-esterificação). Exemplo: um dos grupos \mathrm{COOH} é esterificado por uma hidroxila do glicol, dando um monoéster (um grupo \mathrm{OH} do glicol fica livre):
\mathrm{HOOC\!-\!COOH} + \mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} \xrightarrow{\text{H}^+,\\ \Delta} \mathrm{HOOC\!-\!COO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} + \mathrm{H_2O}.
Esse produto é o mono(2-hidroxietil) oxalato (um éster com uma hidroxila livre). É uma etapa intermediária plausível.
  • Possibilidade B — formação do diéster linear (cada grupo \mathrm{COOH} esterifica com uma hidroxila de moléculas de glicol ou com duas hidroxilas de duas moléculas distintas de glicol). Um exemplo é o di(2-hidroxietil)oxalato (ambos os carbonilos esterificados, permanecendo hidroxilas terminais livres):
\mathrm{HOOC\!-\!COOH} + 2\,\mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} \xrightarrow{\text{H}^+,\\ \Delta} \mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!O\!-\!CO\!-\!CO\!-\!O\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} + 2\,\mathrm{H_2O}.
Nome simplificado: di(2-hidroxietil) oxalato (produto linear com duas hidroxilas livres).
  • Possibilidade C — formação de um éster cíclico (condensação intramolecular entre as duas hidroxilas do mesmo \mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} e os dois grupos \mathrm{COOH} do mesmo ácido). Se uma única molécula de etileno‑glicol forma ésteres com os dois grupos carboxílicos do ácido oxálico, fecha‑se um anel. Vamos raciocinar o tamanho do anel:
    • O anel passa por: oxigénio do glicol ( \mathrm{O}), \mathrm{CH_2}, \mathrm{CH_2}, o outro oxigénio do glicol ( \mathrm{O}), o primeiro carbono carbonílico, o segundo carbono carbonílico e volta ao primeiro oxigénio — isto é um anel de 6 átomos (dois oxigénios + dois carbonos metileno + dois carbonos carbonílicos). Logo forma‑se um anel de 6 membros.
    • O nome sistemático desse diéster cíclico é \mathrm{1,4\text{-}dioxane\text{-}2,5\text{-}dione}. Estruturalmente pode ser representado de forma condensada; a reação global estequiométrica (formação de duas ésteres a partir de uma molécula de cada reagente) é:
\mathrm{HOOC\!-\!COOH} + \mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} \xrightarrow{\text{H}^+,\\ \Delta} \mathrm{1,4\text{-}dioxane\text{-}2,5\text{-}dione} + 2\,\mathrm{H_2O}.

Passo 4

Comentário prático sobre qual produto costuma ser observado (quando responder a uma prova é bom saber o que é o “produto principal”):
  • Se a reação é feita em condições que favorecem reação intramolecular (por exemplo, concentrações muito baixas de reagentes ou remoção rápida de água e aquecimento sob catalisador ácido), a ciclização para formar o diéster cíclico ( \mathrm{1,4\text{-}dioxane\text{-}2,5\text{-}dione}) é muito favorável, porque o anel de 6 membros é pouco tensionado e termodinamicamente acessível.
  • Se há excesso de diol ou condições que favorecem reações intermoleculares (p.ex. altas concentrações, ausência de favorecimento de ciclização), podem formar‑se produtos lineares (monoésteres, di(2-hidroxietil)oxalato) ou até poliésteres por policondensação (cadeias alternadas –CO–CO–O–CH2–CH2–O–…), dependendo da estequiometria e do controle da remoção de água.
  • Em provas e exercícios típicos, quando pedem “produto de condensação” de um diácido com um diol e não fornecem condições que favoreçam polimerização, o esperado como resposta clássica é o éster cíclico (quando o ciclo é de tamanho favorável). Aqui, ciclo de 6 é plausível e comum.

Passo 5

Resumo prático que você pode escrever na prova (equações limpas e nomes dos produtos):
  • Formação do éster cíclico (produto principal sob condições de ciclização):
\mathrm{HOOC\!-\!COOH} + \mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} \xrightarrow{\text{H}^+,\\ \Delta} \mathrm{1,4\text{-}dioxane\text{-}2,5\text{-}dione} + 2\,\mathrm{H_2O}.
  • Produtos alternativos possíveis:
\mathrm{HOOC\!-\!COOH} + \mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} \xrightarrow{\text{H}^+,\\ \Delta} \mathrm{HOOC\!-\!COO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} + \mathrm{H_2O}\quad(\text{mono(2-hidroxietil) oxalato})
\mathrm{HOOC\!-\!COOH} + 2\,\mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} \xrightarrow{\text{H}^+,\\ \Delta} \mathrm{HO\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!O\!-\!CO\!-\!CO\!-\!O\!-\!CH_2\!-\!CH_2\!-\!OH} + 2\,\mathrm{H_2O}\quad(\text{di(2-hidroxietil) oxalato}).

Resposta

1,4-dioxane-2,5-dione (éster cíclico, produto principal sob condições de ciclização)
mono(2-hidroxietil) oxalato (produto monoéster, possível intermediário)
di(2-hidroxietil) oxalato (éster linear com duas hidroxilas livres; produto alternativo possível)

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