1. Proponha o mecanismo de reação do anidrido acético com o butanol.

Passo 1

O que o enunciado pede: propor o mecanismo de reação do anidrido acético com o butanol.
Informações dadas (reagentes que vou usar na resolução):
  • anidrido acético: \mathrm{(CH_3CO)}_2\mathrm{O}
  • butanol (n-butanol): \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2OH}
O produto esperado por reação de anidrido acético com um álcool é um éster e ácido carboxílico correspondente. Então, ao final devemos obter butil acetato e ácido acético (ou seja, uma reação de transesterificação/transferência acila).

Passo 2

Antes de iniciar o mecanismo, vamos entender os conceitos-chave de forma simples e prática (prometo ser direto e sem rodeios):
  • Nucleófilo: espécie que doa um par de elétrons. Aqui, o nucleófilo é o oxigênio do álcool \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2OH} (tem par de elétrons não-ligantes).
  • Eletrofílico: sítio com deficiência eletrônica que aceita elétrons. Nos anidridos, o carbono carbonílico (C=O) é eletrofílico.
  • Substituição nucleofílica acílica (nucleophilic acyl substitution): mecanismo típico em que um nucleófilo ataca um carbono carbonílico, forma-se um intermediário tetraédrico e depois um grupo sai (leaving group), regenerando o carbonilo.
  • Intermediário tetraédrico: estado com quatro substituintes no carbono antes de colapso.
  • Por que usar catálise ácida? Protonando o oxigênio carbonílico a eletrofilicidade do carbono aumenta, facilitando o ataque do álcool. É o caminho mais comum em condições laboratoriais para esse tipo de anidrido + álcool.
Agora que sabemos a ideia geral, vamos ao mecanismo passo a passo (acidamente catalisado, que é o mais didático e o mais comumente apresentado).

Passo 3

Etapa 1 — protonação do anidrido (ativação):
Em presença de ácido (traço de \mathrm{H^+}), um dos oxigênios carbonílicos do anidrido é protonado. Escrevendo de forma simples:
\mathrm{(CH_3CO)}_2\mathrm{O} + \mathrm{H^+} \rightleftharpoons \text{anidrido protonado}
Por que isso ajuda? Protonar o oxigênio carbonílico aumenta a carga positiva parcial no carbono carbonílico ligado a esse oxigênio, tornando-o muito mais suscetível ao ataque do nucleófilo (o álcool). Pense: “coloquei um H^+ no oxigênio, o carbono fica mais faminto por elétrons”.

Passo 4

Etapa 2 — ataque nucleofílico do álcool e formação do intermediário tetraédrico:
O oxigênio do \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2OH} usa seu par de elétrons para atacar o carbono carbonílico protonado do anidrido. Isso forma um intermediário tetraédrico em que o carbono antes carbonílico passa a ter quatro ligações (uma delas ao oxigênio do álcool). Esquematicamente (sem desenhar setas curvas, mas descrevendo a ideia):
protonação do anidrido → ataque do \mathrm{ROH} → intermediário tetraédrico com cargas parciais positivas/negativas localizadas nos oxigênios.
Observação prática para prova: ao desenhar, mostre a seta curva partindo do par não-ligante do oxigênio do álcool até o carbono carbonílico; mostre a quebra parcial da dupla ligação C=O para o oxigênio (ficando este com carga parcial negativa ou ligado a H se protonado).

Passo 5

Etapa 3 — transferências de próton internas para preparar o grupo deixando sair:
No intermediário tetraédrico é necessário que um grupo saia. O grupo que sai será, na prática, uma unidade acetato (que é um bom leaving group porque é razoavelmente estabilizado por ressonância). Para facilitar a saída, uma transferência de próton acontece: geralmente um protão é transferido para o oxigênio que vai sair (transformando‑o em ácido acético ou em melhor leaving group). Em palavras: protona-se o oxigênio do grupo que se tornará ácido acético, tornando‑o água/ácido mais fácil de sair como \mathrm{CH_3COOH} ou como \mathrm{CH_3COO^-} dependendo do ponto no mecanismo.

Passo 6

Etapa 4 — colapso do intermediário tetraédrico e expulsão do grupo acetato:
O intermediário tetraédrico colapsa, reformando a dupla ligação C=O do carbonilo atacado e expulsando o grupo acetato como leaving group. O resultado direto desse colapso é a formação do éster (butil acetato) ligado ao trecho atacado e a liberação de uma unidade acetato que, por ter recebido próton, sai como ácido acético ou como acetato que depois se protona. Esquematicamente:
intermediário tetraédrico → colapso → \mathrm{CH_3COOCH_2CH_2CH_2CH_3} (butil acetato) + \mathrm{CH_3COOH} (ácido acético, ou \mathrm{CH_3COO^-} que se protona).

Passo 7

Etapa 5 — recuperação do catalisador e neutralização:
No fim há transferências de próton que regeneram o catalisador ácido \mathrm{H^+}. Assim o catalisador não é consumido. O que sobra como compostos estáveis são o éster e o ácido carboxílico. No caso real, frequentemente remove‑se o ácido acético formado (por destilação ou por tratamento) para deslocar o equilíbrio em favor do produto éster.

Passo 8

Escrevendo o balanço global (a resposta curta e prática que vale na prova):
\mathrm{(CH_3CO)}_2\mathrm{O} + \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2OH} \longrightarrow \mathrm{CH_3COOCH_2CH_2CH_2CH_3} + \mathrm{CH_3COOH}
Interpretação rápida: um grupo acetila do anidrido vai para o álcool formando o éster (butil acetato) e o outro fragmento do anidrido vira ácido acético.

Passo 9

Observações úteis para a prova (dicas práticas e como desenhar no papel):
  • Sempre indique setas curvas: par de elétrons do O do álcool → carbono carbonílico; quebra da dupla C=O → O; depois colapso do tetraédrico e saída do acetato.
  • Mostre todas as cargas formais nos intermediários (por exemplo, oxigênio com carga positiva se protonado, oxigênio com carga negativa no intermediário tetraédrico). Professores gostam disso.
  • Explique por que o acetato é um bom leaving group: é estabilizado por ressonância ( \mathrm{CH_3COO^-} é relativamente estável).
  • Se pedirem, também é possível descrever um mecanismo em condições básicas: o álcool é desprotonado a \mathrm{RO^-} e ataca diretamente o anidrido; contudo, anidridos reagem muito bem sob catálise ácida e o mecanismo ácido é o pedestre básico para entender o processo.
  • Para deslocar o equilíbrio a favor do éster, retire o ácido acético formado (destilação/evaporação) ou use excesso de anidrido.

Resposta

\mathrm{(CH_3CO)}_2\mathrm{O} + \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2OH} \rightarrow \mathrm{CH_3COOCH_2CH_2CH_2CH_3} + \mathrm{CH_3COOH}

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