A reação do fenol com o 1,2-epoxipropano em hidróxido de sódio aquoso a 150^{\circ} \mathrm{C} resulta em um único produto, o \mathrm{C}_{9} \mathrm{H}_{12} \mathrm{O}_{2}, com rendimento de 90 \%. Escreva um mecanismo adequado para essa reação.

Passo 1

O enunciado dá:
  • Reagentes e condições: \mathrm{C_6H_5OH} (fenol) + 1,2-epoxipropano (óxido de propeno, fórmula molecular \mathrm{C_3H_6O}) em \mathrm{NaOH} aquoso a 150^\circ\mathrm{C}.
  • Produto: um único produto com fórmula \mathrm{C_9H_{12}O_2}, rendimento 90\%.
    O que é pedido: escrever um mecanismo adequado que mostre como se forma esse produto a partir dos reagentes e justificar por que aparece um único produto.

Passo 2

Primeiro passo químico típico em meio básico: desprotonação do fenol.
A base hidroxila retira o próton do fenol formando o fenoxido, que é o nucleófilo real que vai atacar o epóxido. Escrevendo a equação:
\mathrm{C_6H_5OH + OH^- \longrightarrow C_6H_5O^- + H_2O}
Explicação didática: o par de elétrons do oxigênio da hidroxila do fenol retém o elétron quando o H+ é removido, transformando a função \mathrm{OH} em \mathrm{O^-}. O íon \mathrm{C_6H_5O^-} (fenoxido) é bem nucleofílico no oxigênio porque tem carga negativa localizada naquele átomo e é estabilizado por ressonância com o anel aromático.

Passo 3

Ressonância do fenoxido e implicação na nucleofilicidade.
Mostrando de modo simples que a carga está distribuída entre o oxigênio e o anel:
\mathrm{C_6H_5O^- \rightleftharpoons \text{formas ressonantes com carga parcial no anel}}
Ensino curto: apesar da ressonância, a forma com carga no oxigênio contribui fortemente, portanto o oxigênio é o centro nucleofílico mais reativo para ataques SN2 em eletrófilos como epóxidos. Em vida real o fenoxido é ambident (poderia reagir via oxigênio ou via carbono orto/para), mas as condições e o tipo de eletrófilo definem qual via domina.

Passo 4

Como reagirão os epóxidos em meio básico: regra de abertura.
Conceito importante: em condições nucleofílicas básicas a abertura do epóxido ocorre por um ataque tipo SN2 ao carbono menos substituído do epóxido (menor impedimento estérico e transição SN2 mais favorável). Para o 1,2-epoxipropano (óxido de propeno) os carbonos do anel são:
  • C1: carbono primário (o \mathrm{CH_2}),
  • C2: carbono secundário (o \mathrm{CH} ligado a \mathrm{CH_3}).
    Portanto o nucleófilo atacará preferencialmente o carbono primário ( \mathrm{C1}), abrindo o anel e gerando um alcóxido no carbono secundário.

Passo 5

Escrevendo o ataque nucleofílico (etapa fundamental).
Representando o epóxido de forma condensada como \mathrm{(CH_3)CH-CH_2} com o oxigênio do epóxido ligando os dois carbonos, o ataque do fenoxido no carbono menos substituído dá:
\mathrm{C_6H_5O^- + \text{epóxido (1,2-epoxipropano)} \longrightarrow C_6H_5O{-}CH_2{-}CH(CH_3)O^-}ó
Interpretação: o oxigênio do fenoxido forma uma nova ligação com o carbono primário do epóxido ( \mathrm{CH_2}), a ligação C–O do epóxido que unia esse carbono ao oxigênio se rompe, e sobra no outro carbono (o secundário) um íon alcóxido \mathrm{O^-}. O produto dessa etapa é um alcóxido intermédio em que a cadeia ligada ao anel fenílico é \mathrm{-CH_2-CH(CH_3)-O^-}.

Passo 6

Protonação do intermediário alcóxido para dar o álcool final.
No meio aquoso o alcóxido é prontamente protonado por água (ou por outra molécula ácida disponível), regenerando \mathrm{OH^-} (mecanismo global é basicamente catalítico em base):
\mathrm{C_6H_5O{-}CH_2{-}CH(CH_3)O^- + H_2O \longrightarrow C_6H_5O{-}CH_2{-}CH(CH_3)OH + OH^-}
Resultado: obtém-se o éter-fenílico com um grupo hidroxila secundária, isto é a estrutura \mathrm{C_6H_5OCH_2CH(CH_3)OH}.

Passo 7

Identificação do produto e notação estrutural; justificando a fórmula \mathrm{C_9H_{12}O_2}.
O produto que escrevemos tem a fórmula:
\mathrm{C_6H_5OCH_2CH(CH_3)OH}
contando átomos: 6+3=9 carbonos, 5+7=12 hidrogênios, e 2 oxigênios, portanto \mathrm{C_9H_{12}O_2}, que bate com o enunciado. Nome IUPAC simples: \mathrm{1\text{-}(fenoxi)propan\text{-}2\text{-}ol} (em português: 1-(fenoxi)propan-2-ol). Observação estereoquímica: a formação do centro quiral no carbono secundário gera uma mistura racêmica de enantiômeros, mas isso é apenas mistura estereoisomérica, não constitui “produtos diferentes” na análise de constituição — por isso é compatível com “um único produto” como composto constitucional.

Passo 8

Por que aparece apenas esse produto (argumento de seletividade)?
  • Quimicamente, em meio básico o epóxido é atacado por nucleófilos via SN2 no carbono menos substituído; portanto attack no carbono primário é preferencial — isso determina a regioquímica do anelamento aberto.
  • O fenoxido é um nucleófilo forte no oxigênio; assim a reação principal é O-alquilação (formação de éter fenílico), muito mais rápida do que qualquer C-alkilação aromática direta nestas condições (C-alkilação do anel aromático exigiria vias diferentes, p.ex. reações de substituição eletrofílica ou rearranjos, que não são favorecidos aqui).
  • O resultado prático: só se forma o éter 1-(fenoxi)propan-2-ol como produto constitucional; possíveis enantiômeros são formados como mistura racêmica (não contados como produtos diferentes do ponto de vista constitucional).

Passo 9

Resumo do mecanismo em 3 etapas curta (para decorar e usar na prova):
  1. \mathrm{C_6H_5OH + OH^- \longrightarrow C_6H_5O^- + H_2O} (desprotonação);
  2. \mathrm{C_6H_5O^- + \text{1,2-epoxipropano} \longrightarrow C_6H_5OCH_2CH(CH_3)O^-} (ataque SN2 no C menos substituído, abertura do epóxido);
  3. \mathrm{C_6H_5OCH_2CH(CH_3)O^- + H_2O \longrightarrow C_6H_5OCH_2CH(CH_3)OH + OH^-} (protonação do alcóxido, produto final).
    Isto gera \mathrm{C_6H_5OCH_2CH(CH_3)OH} como produto principal em alto rendimento.

Resposta

\mathrm{C_6H_5OCH_2CH(CH_3)OH}

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