Proponha sínteses razoáveis para cada uma das seguintes moléculas. Use um alquino em cada síntese pelo menos uma vez.
O

Passo 1

O enunciado pede que eu proponha uma síntese razoável para a molécula dada pelo SMILES CCCCC(=O)CCC. Vou identificar claramente o que é isso e o que se pede.
  • Molecula alvo: cadeia linear de oito carbonos com uma cetona no carbono central. Em nome IUPAC isso é a octan-4-ona (a carbonila está no carbono 4 da cadeia de 8 carbonos).
  • Informação importante: devo usar um alquino em pelo menos uma etapa da síntese.
  • Objetivo concreto: apresentar uma sequência de reação prática e didática que leva a octan-4-ona, explicando os reagentes, condições e por que cada etapa funciona.

Passo 2

Estratégia geral (visão antes dos detalhes): é muito natural obter uma cetona a partir da hidratação de um alquino interno. Se eu preparar o alquino interno simétrico 4-octino (4-octyne, ligação tripla entre C4–C5), a hidratação ácida deste alquino dá diretamente a octan-4-ona por tautomerização do enol que se forma. Então vou: (a) preparar 4-octino a partir de um acetilênido + haleto alquila (uso de um alquino terminal como nucleófilo), (b) hidratar o alquino (Hg^2±catalisado) para obter a cetona. Essa rota usa explicitamente um alquino e é curta e prática.

Passo 3

Passo prático 1 — formação do acetilênido e alcino interno (síntese de 4-octino):
  • Reagentes iniciais sugeridos: 1-butin- (1-butilino, ou seja, 1-butyne, CH≡C–CH2–CH3) e 1-bromobutano (n-BuBr, Br–CH2–CH2–CH2–CH3).
  • Razão: a base forte desprotona o alquino terminal (1-butyne) para formar um acetilênido nucleofílico que faz uma substituição nucleofílica (SN2) em um haleto primário para formar o alquino interno desejado.
  • Condições práticas: usar NaNH2 (em amônia líquida ou em THF com base forte análoga) para desprotonar o alquino terminal. A sequência típica:
    1. Tratar 1-butyne com 1, equiv. de NaNH2 (excesso leve, p.ex. 1,1–2 equiv.) em NH3(l) a 0 °C → gera o acetilênido \ce{^-C#C-CH2CH3}.
    2. Adicionar 1-bromobutano (excesso ligeiro ou 1,1 equiv.) à mistura; o acetilênido faz uma reação SN2 com o brometo primário, formando o alquino interno \ce{CH3CH2CH2CH2-C#C-CH2CH2CH3}, que é o 4-octino.
  • Por que isso funciona: o hidrogênio do alquino terminal é relativamente ácido (pKa ≈ 25), NaNH2 é base suficientemente forte para gerar o acetilênido. O acetilênido é um nucleófilo sp que realiza SN2 eficientemente em um haleto primário (evitar haletos secundários/terciários para não ter eliminação).

Passo 4

Observações experimentais e dicas para o Passo 1:
  • Use um haleto primário (como n-BuBr); haletos secund./terciários dão baixa substituição e mais eliminação.
  • Se usar NaNH2 em amônia líquida, geralmente faz-se duas etapas: desprotonação (1 ou 2 equiv. NaNH2) e depois, sem aquecer, adição do haleto. Em laboratório alternativo usa-se NaNH2 em THF anidro ou BuLi como base forte análoga.
  • Purificação simples (se necessária) por destilação ou cromatografia para isolar 4-octino.

Passo 5

Passo prático 2 — hidratação do alquino para obter a cetona (transformação do alq. → cetona):
  • Reagentes/condições clássicos: hidratação ácida catalisada por mercúrio — reagir 4-octino com \ce{H2O} e \ce{H2SO4} na presença de \ce{HgSO4} (cat.) ou usar mistura \ce{H2SO4/HgSO4}.
  • Mecanismo (resumido, explicativo): o \ce{Hg^{2+}} coordena ao triplo enlace e favorece a adição de água ao carbono triplo mais substituído (regra de Markovnikov para alquinos internos). Forma-se inicialmente um enol (alcoximetileno), que tautomeriza rapidamente para a cetona correspondente. No caso do 4-octino (alquino simétrico em torno da ligação tripla), a hidratação dá exclusivamente a octan-4-ona.
  • Alternativa sem mercúrio: para alquinos internos simétricos você também pode fazer hidratação via hidroboration-oxidação com uma borana apropriada (p.ex. disiamylborano seguido de \ce{H2O2}/\ce{OH-}); isso também fornece a cetona após oxidação/tautomerização. No entanto, a hidratação Hg-catalisada é muito direta e comum para obter cetonas a partir de alquinos internos.

Passo 6

Explicação química didática da segunda etapa (por que dá cetona no local certo):
  • Quando a água se adiciona ao triplo enlace de um alquino interno, o produto inicial é um enol (estrutura com =C–OH). Esses enóis não são estáveis e rapidamente tautomerizam (migração de um H e rearranjo de ligação dupla) para a forma ceto (cetona). A posição da cetona é determinada por onde a água se adicionou ao triplo enlace. Em um alquino simétrico (como 4-octino, onde os dois carbonos do triplo enlace têm o mesmo ambiente), a adição é simétrica e resulta na carbonila exatamente no centro — octan-4-ona.
  • Em termos simples: 4-octino + hidratação (Hg^2+, H2O, H2SO4) → enol no centro → tautomeriza → octan-4-ona.

Passo 7

Resumo esquemático da sequência (reagentes/condições e produto em cada etapa):
  • Etapa A (formar 4-octino):
    1. \ce{HC#C-CH2CH3} (1-butyne) + \ce{NaNH2} (em NH3) → acetilênido.
    2. adicionar \ce{Br-CH2CH2CH2CH3} (1-bromobutano) → \ce{CH3CH2CH2CH2-C#C-CH2CH2CH3} (4-octino).
  • Etapa B (hidratação do alquino → cetona):
    3) \ce{4-octino} + \ce{H2O}, \ce{H2SO4}, \ce{HgSO4} (catal.) → \ce{CH3CH2CH2COCH2CH2CH2CH3} (octan-4-ona).
  • Observações: alternativa para a Etapa B: hidroboration-oxidação ( \ce{R2BH} / \ce{H2O2}/\ce{OH-}) também pode ser usada para converter o alquino interno à cetona.

Passo 8

Cuidados práticos e motivos das escolhas (dicas de prova/recado amigo):
  • Por que usei 1-butyne + n-BuBr? Porque é uma maneira simples e clássica de construir um alquino interno de 8 carbonos por alkilação de acetilênido; isso evita estratégias mais longas com montagem de cadeias.
  • Por que NaNH2? Porque só bases muito fortes conseguem desprotonar efetivamente o hidrogênio terminal do alquino (pKa ~ 25). Bases fracas não funcionam.
  • Por que hidratação com \ce{HgSO4}/\ce{H2SO4}? Porque é o método mais direto e confiável para transformar alquinos internos em cetonas (formação do enol seguida de tautomerização). Alternativas existem, mas essa é a mais ensinada e rápida em condições de prova.
  • Atenção ao controle de reagentes: em alkilação de acetilênidos, evitar haletos que favoreçam eliminação ou substituição concorrente; usar primários e condições anidras para melhores rendimentos.

Resposta

Octan-4-ona

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