Quais os produtos formados na reação de oxidação com \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} / \mathrm{H}^{+}dos seguintes compostos:
ácido 4-hidroxipentanóico

Passo 1

O enunciado pede: determinar os produtos formados na oxidação com \mathrm{K_{2}Cr_{2}O_{7}}/\mathrm{H^{+}} do composto “ácido 4-hidroxipentanóico”. Informações dadas que vamos usar: o substrato é um ácido carboxílico que tem um grupo hidroxila ligado ao carbono 4 da cadeia pentanoica; o agente oxidante é dicromato em meio ácido ( \mathrm{K_{2}Cr_{2}O_{7}}/\mathrm{H^{+}}), um oxidante forte que age sobre álcoois. Não há outras informações no enunciado (temperatura, solvente, etc.), portanto usaremos a reatividade típica em meio ácido.

Passo 2

Identificar a estrutura e numerar os carbonos claramente. Vou escrever a cadeia mostrando o grupo carboxila no fim (para facilitar a visualização):
\mathrm{CH_{3}-CH(OH)-CH_{2}-CH_{2}-COOH}
Aqui, numerando a partir do carbono da carboxila como \\ C_{1}:
C_{1}:\\ \mathrm{COOH},\quad C_{2}:\\ \mathrm{CH_{2}},\quad C_{3}:\\ \mathrm{CH_{2}},\quad C_{4}:\\ \mathrm{CH(OH)},\quad C_{5}:\\ \mathrm{CH_{3}}.
Ou seja, o grupo -\mathrm{OH} está ligado ao carbono \\ C_{4}, e esse carbono é um carbono secundário (ligado a dois outros carbonos: C_{3} e C_{5}). O composto, portanto, contém duas funções importantes: uma carboxila ( -\mathrm{COOH}) em C_{1} e um álcool secundário em C_{4}.

Passo 3

Reatividade geral do agente oxidante e regras práticas (aula rápida e prática).
  • Em meio ácido, o \mathrm{Cr(VI)} do dicromato oxida álcoois. Regra prática:
    • álcool primário ( -\mathrm{CH_{2}OH}) → primeiro aldeído → em meio oxidante forte e aquecido → ácido carboxílico;
    • álcool secundário ( -\mathrm{CHOH}) → cetona;
    • álcool terciário geralmente não é oxidado sem quebra de ligação C–C.
  • Grupos já oxidados, como a carboxila ( -\mathrm{COOH}), são resistentes à oxidação adicional por dicromato nas condições normais (não são facilmente oxidados para algo além sem condições muito mais drásticas).
  • Mecanismo básico (sem entrar em todos os detalhes do estado de oxidação): o álcool forma um éster de crômio (espécie ligada ao Cr(VI)) e depois ocorre eliminação de hidrogênio (perda de \mathrm{H} do carbono ligado ao \mathrm{OH}) levando à formação da carbonila (cetona, no caso de álcool secundário) e redução do Cr(VI) a Cr(III).

Passo 4

Aplicando isso ao nosso composto: o grupo a ser oxidado é o álcool em C_{4}, que é secundário. Pela regra, esse álcool será oxidado a uma cetona no mesmo carbono C_{4}. Escrevendo a transformação:
substrato
\mathrm{CH_{3}-CH(OH)-CH_{2}-CH_{2}-COOH}
é oxidado em
\mathrm{CH_{3}-CO-CH_{2}-CH_{2}-COOH}.
No nome: a cetona no carbono 4 (contando a partir do ácido como C_{1}) recebe o nome ácido 4-oxopentanóico. Esse composto também é conhecido por um nome trivial muito usado: ácido levulínico.

Passo 5

Observações práticas e possíveis confusões (com leve incentivo):
  • Não espere que a carboxila ( -\mathrm{COOH}) se transforme em algo mais oxidado sob essas condições típicas; ela é estável aqui.
  • Alguns hidroxiácidos podem ciclar formando lactonas em meio ácido, mas o agente oxidante tende a oxidar o álcool secundário a cetona; portanto, o produto mais direto e esperado é a cetona (ácido 4-oxopentanóico).
  • Mecanisticamente, a oxidação de álcool secundário a cetona é simples e rápida com \mathrm{K_{2}Cr_{2}O_{7}}/\mathrm{H^{+}}; então para uma prova memorize: álcool secundário → cetona, álcool primário → ácido (via aldeído).

Resposta

\mathrm{CH_{3}-CO-CH_{2}-CH_{2}-COOH} (ácido 4-oxopentanóico, também chamado ácido levulínico)

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