Hidratação

RKA3JV Na reação de hidratação, a água é adicionada a uma ligação dupla e o OH é adicionado segundo a regra de Markovnikov. Então, vamos escrever aqui que a gente tem que lembrar da regra de Markovnikov, quando a gente está fazendo essa reação. E essa é uma reação catalisada por ácido e tecnicamente essa reação está no equilíbrio. Mas, a gente vai falar isso mais para frente neste vídeo. Agora, vamos dar uma olhada no mecanismo por trás da adição dessa água catalisada por um ácido. Então, aqui a gente vai ter o nosso alceno, e a gente tem a presença de água com ácido sulfúrico. O ácido sulfúrico, sendo um ácido forte, vai doar um próton. Então, vamos dizer que a água pegue este próton formando H₃O⁺. Então, a gente vai pular direto para o nosso íon hidrônio. Então, H₃O⁺ com uma carga positiva. Então, o que acontece agora é que os elétrons π dessa ligação vão pegar este próton e estes elétrons vão ser deixados para trás no oxigênio. Então, aqui a gente tem uma relação de equilíbrio ácido base. Vamos desenhar aqui a setinha de equilíbrio. O que a gente vai ter como produto? A gente vai ter os nossos dois carbonos aqui. E vamos supor que o hidrogênio foi adicionado ao nosso carbono da direita. Então, estes elétrons π, em azul, agora fazem essa ligação do carbono com o hidrogênio. A gente tirou uma ligação deste carbono aqui da esquerda. Então, agora ele tem uma carga positiva, o que significa que agora ele é um carbocátion. Além deste produto, a gente vai ter também uma molécula de água. Então, vamos aqui desenhar a nossa molécula de água. A gente sabe que agora a água pode atuar como um nucleófilo. Então, este par solitário de elétrons vai se ligar ao nosso carbocátion. Vamos um pouquinho para baixo aqui para liberar um espaço. Aqui a gente também vai ter uma reação de equilíbrio, então vamos desenhar a seta do equilíbrio. A gente vai ter ainda os nossos dois carbonos, o carbono da direita ligado ao hidrogênio e carbono da esquerda vai agora estar ligado ao oxigênio. Este oxigênio está ligado a um, a dois hidrogênios, ele tem um par solitário de elétrons e tem também agora uma carga positiva. Agora, a gente está quase chegando no nosso produto, e para isso a gente tem que tirar este próton. Então, agora, a gente vai ter aqui uma molécula de água que vai funcionar como uma base de Brønsted-Lowry. Então, este par solitário de elétrons vai pegar este próton e estes elétrons vão ser deixados para trás no oxigênio. Mais uma vez, a gente desenha as nossas setas de equilíbrio. E como fica o nosso produto? Então, a gente tem os nossos dois carbonos. Agora o carbono da direita tem um hidrogênio e o carbono da esquerda tem um OH. E agora, finalmente, a gente adicionou a água na nossa ligação dupla. Para finalizar, a outra coisa que acontece é que o hidrônio é regenerado. Então, aqui a gente tem um H₃O, ele tem um par solitário de elétrons e uma carga positiva. Então, o nosso íon hidrônio foi regenerado. Só lembrando que esta reação envolveu um carbocátion. E sempre que a gente tem um carbocátion, a gente tem que lembrar da regra de Markovnikov, e tem que lembrar também que pode acontecer um rearranjo. Vamos pensar, então, em um exemplo que envolva um rearranjo. Então, vamos supor que este aqui seja o nosso alceno e vamos pensar no mecanismo. Então, a gente sabe que a gente vai ter um H₃O⁺ aqui. Vamos desenhar, então, o nosso íon hidrônio, ele tem um par solitário de elétrons e uma carga positiva. Então, a gente está adicionando nosso alceno a uma solução de água e ácido sulfúrico. Na nossa primeira etapa os elétrons π desta ligação vão pegar este próton, deixando estes elétrons aqui para trás no oxigênio. Para o nosso produto, a gente vai ter aqui os nossos carbonos. Mas, agora, de que lado eu adiciono este próton? Eu o adiciono aqui do lado esquerdo da ligação dupla ou do lado direito dela? A gente quer formar um carbocátion mais estável. Então, se a gente adiciona o hidrogênio aqui na esquerda, a gente fica com um carbocátion secundário. Porque este carbono, que ficou agora com a carga positiva, está ligado a dois outros carbonos, então, ele é um carbocátion secundário. E se a gente tivesse adicionado hidrogênio ao lado direito da ligação dupla, a gente teria um carbocátion primário. Então, o nosso carbocátion secundário é mais estável. Mas, aqui a gente tem a possibilidade de formar um carbocátion ainda mais estável, porque a gente tem que lembrar que pode acontecer a migração de hidreto. Então, este carbono aqui tem um hidrogênio ligado a ele. E agora, este próton e os dois elétrons vão se mover para cá, formando uma nova ligação. Então, o que a gente vai ter como resultado agora? A gente tem aqui os nossos carbonos e agora, este carbono tem uma ligação com o hidrogênio, o que significa que a gente tirou uma ligação desse carbono aqui. Então, a gente tirou uma ligação deste carbono. E, então, este carbono tem agora uma carga positiva. Ele está ligado a 1, 2, 3 outros carbonos. Então, é um carbocátion terciário e a gente sabe que um carbocátion terciário é mais estável do que um secundário. Agora, a gente tem a etapa que a gente vai ter uma molécula de água funcionando como um nucleófilo. Então, aqui a gente tem a nossa molécula de água, e este par de elétrons vai se ligar ao nosso carbocátion. Vamos ver então o que a gente tem como resultado disso. A gente vai ter aqui os nossos carbonos e agora, ligado a esse carbono, a gente tem um oxigênio. Este oxigênio está ligado a dois hidrogênios, ele tem um par de elétrons que não participou e ele tem uma carga positiva. E agora, na nossa etapa final, a água chegaria aqui e tiraria um próton do nosso oxigênio. A gente não vai desenhar isso, mas, então, a água tirou um próton do nosso oxigênio. E a gente tem o nosso produto principal. Agora, tem um OH ligado a esse carbono aqui. Então, este aqui é o nosso produto principal. Mas, a gente vai ter um pouco também do nosso produto secundário. Então, aqui a gente poderia ter um produto secundário, que é o que a gente teria se o nosso oxigênio se ligasse ao nosso carbocátion secundário. E a gente vai ter um pouco desse produto secundário, mas em menor quantidade do que o nosso produto principal. E uma outra coisa importante sobre o nosso produto, é que este carbono não é um centro de quiralidade. A gente tem dois grupos metil aqui, então, dois grupos iguais ligados a ele. Então, ele não é um centro de quiralidade, a gente não tem que se preocupar com a estereoquímica neste caso. Então, agora vamos fazer aqui um outro exemplo que a gente tenha que lidar com a estereoquímica. Para esta reação, o nosso alceno vai ser parecido com isso aqui e aqui vai estar a nossa ligação dupla. Mais uma vez, a gente vai adicionar água e ácido sulfúrico. Então, a gente vai adicionar H₂O e H₂SO₄. Agora, pensando no mecanismo, a gente sabe que a gente vai ter que adicionar o próton de um dos lados dessa ligação. Então, ou a gente adiciona o próton do lado esquerdo ou do lado direito dessa ligação. Lembrando que a gente quer obter o carbocátion mais estável. Então, para obter o nosso carbocátion mais estável, a gente vai adicionar este próton ao nosso carbono da esquerda. E agora o carbono da direita fica, então, com uma carga positiva. E ele é o nosso carbocátion. Este nosso carbocátion está ligado a três outros carbonos, então a gente tem que lembrar como se parece a geometria dele. Então, ele está ligado aqui a três coisas. Ele vai ter uma geometria trigonal plana, ele vai ter também um orbital "p" não hibridizado. Então, vamos deixar isso aqui indicado. E essa aqui é a situação para o nosso carbocátion sp². Agora, quando a nossa molécula de água vem para agir como nucleófilo, ela tem duas opções. Ela pode se ligar aqui por cima ou ela pode se ligar aqui por baixo da nossa molécula. Então, vamos ver se a gente consegue desenhar aqui os nossos produtos. No nosso primeiro produto o OH poderia estar saindo do plano na nossa direção e isso empurraria o grupo metil para trás do plano. E na nossa segunda opção, o OH poderia ter se ligado no outro lado, e então, o metil seria empurrado para a nossa direção. E a gente sabe também que estes carbonos aqui, que eu vou pintar em lilás, são o centro de quiralidade. Então, os nossos produtos são enantiômeros. A gente tem 50% de cada, então, a gente tem uma mistura racêmica para os nossos produtos. E lembrando também, que o nosso OH foi adicionado segundo a regra de Markovnikov. Ele foi adicionado ao nosso carbocátion mais estável. Vamos ver agora uma última coisa sobre esta nossa reação. Então, vamos pegar um exemplo que não envolva estereoquímica. Então, este aqui vai ser o nosso alceno e a ligação dupla vai estar entre estes dois carbonos. A gente pode adicionar água como um reagente dessa reação. Vamos desenhar aqui as nossas setas de equilíbrio, e aqui em cima o ácido sulfúrico, o H₂SO₄. Como fica então o nosso produto? Para esta reação a gente não vai ter que se preocupar com a estereoquímica, então, a única coisa que a gente tem que decidir é de qual lado da ligação a gente vai adicionar o nosso OH. E, pela regra de Markovnikov, o OH vai ser adicionado ao carbono mais substituído, e o carbono mais substituído vai ser o carbono da esquerda. Então, aqui vai estar o nosso OH. Então, este é o nosso produto. A gente não tem que se preocupar com a estereoquímica, a gente não tem que se preocupar com o rearranjo. Mas, aqui a gente tem uma reação de equilíbrio e a gente colocou aqui a água como um dos reagentes desta reação. E, pensando em química geral, como a gente faz para deslocar um equilíbrio? Se a gente quer formar mais produto, a gente pode aumentar a concentração de água. Então, a gente aumenta a concentração de H₂O. E assim, a gente desloca o equilíbrio para a direita formando mais o nosso produto. Agora, lembrando que a gente tem um álcool como nosso produto, ele pode reagir com ácido em uma reação de eliminação E1. E agora, o ácido catalisa a desidratação. Então, a adição do nosso ácido concentrado, na verdade, vai formar o nosso alceno. Então, se a gente diminui a concentração de água, concentração de H₂O, a gente desloca este equilíbrio para a esquerda, para a formação do alceno. Então, como a gente controla esse nosso equilíbrio? Se a gente quiser que a reação vá para a direita, a gente dilui o nosso ácido. E se a gente quiser deslocar o equilíbrio para a esquerda, a gente usa um ácido concentrado. Então, a gente usa o H₂SO₄ concentrado. Então, essa escolha vai depender de qual produto você quer gerar. E para isso, a gente tem que lembrar das regras de deslocamento de equilíbrio da química geral.