Dê o produto majoritário formado quando o 1-metilcilopenteno é tratado com os seguintes reagentes:
b) \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}{ }_{(\mathrm{aq})} / \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}

Passo 1

O enunciado pede: dado o alceno \text{1-metilciclopenteno} tratado com \mathrm{H}_{3}\mathrm{PO}_{4}\,(\mathrm{aq})/\mathrm{H}_2\mathrm{O}, qual é o produto majoritário formado?
Informações dadas:
  • Reagente: \mathrm{H}_{3}\mathrm{PO}_{4}\,(\mathrm{aq})/\mathrm{H}_2\mathrm{O}.
  • Substrato: \text{1-metilciclopenteno} (o duplo-ligação está entre os carbonos que chamaremos de \mathrm{C}_1 e \mathrm{C}_2; o grupo metil está em \mathrm{C}_1).
  • Pergunta: identificar o produto majoritário (nome e posição do grupo \mathrm{OH}).

Passo 2

O primeiro passo que ocorre quando um alceno encontra um ácido em meio aquoso é a protonação da ligação dupla, formando um carbocátion. Vou numerar os carbonos do duplo: \mathrm{C}_1 é o carbono que já tem o grupo metil ligado; \mathrm{C}_2 é o outro carbono da dupla. Ao protonar a dupla, há duas possibilidades: o próton pode se ligar a \mathrm{C}_1 (deixando a carga positiva em \mathrm{C}_2) ou ligar-se a \mathrm{C}_2 (deixando a carga positiva em \mathrm{C}_1). Então precisamos comparar qual carbocátion é mais estável — porque o mecanismo prefere formar o carbocátion mais estável.

Passo 3

Explicando estabilidade de carbocátions (aula rápida, sem pânico): um carbocátion é mais estável quanto mais substituído ele for por grupos alquila (efeito indutivo e hiperconjugação). Em termos simples:
  • Um carbocátion terciário (ligado a três carbonos) é mais estável que um secundário, que por sua vez é mais estável que um primário.
    Agora aplique ao nosso caso:
  • Se a carga ficar em \mathrm{C}_1: \mathrm{C}_1 está ligado ao grupo metil e a dois carbonos do anel (ou seja, três substituintes carbonados) → isso forma um carbocátion terciário em \mathrm{C}_1.
  • Se a carga ficar em \mathrm{C}_2: \mathrm{C}_2 ficará ligada a dois carbonos do anel e a um hidrogênio → carbocátion secundário em \mathrm{C}_2.
    Como o carbocátion terciário é claramente mais estável, a protonação que gera essa espécie é favorecida.

Passo 4

Conseqüência prática: o próton do ácido irá, preferencialmente, adicionar-se ao carbono menos substituído da dupla ( \mathrm{C}_2), de modo que a carga positiva fique no carbono mais substituído ( \mathrm{C}_1). Esse é exatamente o raciocínio por trás da regra de Markovnikov (H adiciona ao carbono que já tem mais hidrogênios; o grupo eletrofílico termina por gerar o carbocátion mais estável). Portanto o carbocátion formado é o localizado em \mathrm{C}_1 (carbocátion terciário).

Passo 5

Em seguida entra a água (nucleófilo). A água ataca o carbocátion no \mathrm{C}_1, formando um intermediário oxônio ligado ao carbono (um álcool protonado). Logo em seguida outra molécula de água (ou a base conjugada do ácido) remove um próton desse oxônio, dando o álcool neutro e regenerando o ácido catalisador. Esse conjunto de etapas (protonação da dupla → formação do carbocátion → ataque de água → desprotonação) é exatamente o mecanismo de hidratação ácida do alceno.

Passo 6

Identificando o produto estrutural: após a adição de água ao carbocátion em \mathrm{C}_1, o grupo \mathrm{OH} fica ligado em \mathrm{C}_1. Assim o produto correspondente é o álcool onde o grupo hidroxila está no mesmo carbono que o metil — ou seja, \text{1-metilciclopentanol} (o álcool no carbono 1 do ciclopeno que já tinha o metil). Esse é o produto constitucional majoritário. Pode ainda haver formação de isômeros menores por caminhos menos favorecidos ou rearranjos em outros casos, mas aqui o carbocátion formado é já bastante estável (terciário), então não há motivo forte para rearranjo adicional; o produto principal é o álcool de Markovnikov.
Observação sobre estereoquímica (curtinha e amigável): a formação do centro em \mathrm{C}_1 pode gerar centros quirais dependendo da simetria do anel; a adição de água ao carbocátion não é estereosseletiva, logo costuma dar mistura racêmica se o centro for quiral. Mas o problema normalmente pede apenas o produto constitucional majoritário, isto é, o álcool no carbono 1.

Resposta

\text{1-metilciclopentanol}

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