Mecanismo de adição de água (catalisada por ácido)

RKA3JV Sempre que você está tentando entender o mecanismo de uma reação, vale a pena estudar um pouco sobre o que era a molécula antes e o que ela é depois, e pensar sobre o que está diferente. Então, aqui nós começamos com 1, 2, 3, 4, 5. Dessa forma, isso vai ser, nós temos aqui um grupo metila no carbono número 2, e é um penteno, que é uma ligação dupla entre estes dois carbonos, entre o carbono número 3 e o carbono número 2. De modo que é 2-metilpent-2-eno. Então, nós começamos com isso em um ambiente ácido. Esta molécula vai ser capitalizada por um hidrônio. E vamos acabar com isso como um produto. Dessa forma, é diferente do que nós começamos, correto? Bom, nós vemos aqui que a ligação dupla é quebrada e nós temos o ganho de um hidrogênio no carbono 3. E nós temos aqui que, no carbono 2, tem um ganho de um grupo hidroxila. Uma maneira de pensar sobre isso é que, na presença de um ácido, que essa reação é catalisada por um ácido, nós ganhamos 2 hidrogênios e um oxigênio. Nós ganhamos aquilo que poderia ser usado para fazer uma água e isso é chamado de uma adição de água catalisada por ácido. A molécula de água não está situada em uma parte da molécula, mas se nós pegarmos a hidroxila e o hidrogênio e combiná-los, isso poderia ser uma água. Isso é o que é preciso para fazer uma água. Vamos pensar um pouco sobre como isso pode realmente acontecer na presença do hidrônio. Então, deixe-me desenhar essa molécula novamente. Eu vou copiar e colar ela, de modo que isso ainda não é exatamente aquela molécula, porque ela está com a ligação simples. Precisamos colocar a dupla ligação aqui e deixe-me colocá-la na presença de um hidrônio. Tudo bem, então, temos um oxigênio ligado a dois hidrogênios. Portanto, essa seria apenas uma molécula de água, como o oxigênio tem dois para solitários de elétrons. Mas, o hidrônio é uma situação em que o oxigênio está compartilhando um desses pares isolados com um próton de hidrogênio, tornando assim a molécula inteira com uma carga positiva, porque o próton de hidrogênio é positivo. Então, lá vai! Este, agora, tem uma carga positiva. Isso pode ser bastante reativo, porque sabemos que o oxigênio é bastante eletronegativo e tende a manter os seus elétrons. Então, há uma maneira deste par de elétrons ter uma ligação com o hidrogênio. Bem, e se um destes carbonos, especialmente esses que têm ligações duplas, e se alguns dos elétrons a partir dessa ligação dupla roubasse um próton de hidrogênio? Em seguida, o oxigênio poderia monopolizar seus elétrons novamente. E você pode dizer: olha, isso é razoável. Mas, qual destes carbonos iria fazer isso? Bom, precisamos pensar sobre qual destes carbonos iria fazer isso. Temos que recorrer à regra de Markovnikov. A regra de Markovnikov diz que se você tem uma reação como esta, uma reação alceno, o carbono que tem o maior número de ligações com hidrogênio é mais provável para ganhar mais hidrogênios. E o carbono com o maior número de ligações com grupos funcionais tem maior probabilidade de ganhar mais grupos funcionais. Outra maneira de pensar sobre isso é sobre a ordem dos carbonos. Uma vez que a ordem mais elevada de carbono, o carbono mais estável, é aquele que formará um cátion. Então, se você olhar para este carbono bem aqui, nosso carbono número 2 está ligado a 1, 2, 3 átomos de carbono. Portanto, é um carbono terciário. Já o carbono 3 está ligado a 1, 2 carbonos e a 1 hidrogênio. Então, ele é um carbono secundário. Assim, o carbono terciário vai ser mais estável do que o carbono secundário. Então, provavelmente, este será um carbocátion. Portanto, este seria mais propenso a perder elétrons, um desses, presentes nesta ligação. E, assim, a forma que podemos pensar sobre este mecanismo, que poderia ser um pouco mais claro, quando formamos um carbocátion, é ter, deixe-me fazer isso em azul, vamos ter estes dois elétrons que formam esta ligação. Agora, aqui forma uma ligação com o hidrogênio e agora o oxigênio pode ter de volta esses dois elétrons. E qual vai ser o resultado disso? Então, essa é reação no equilíbrio. Lembre-se que todas essas coisas estão indo e voltando, dependendo de como as moléculas irão se colidir. Bem, mas o que nos resta? Eu vou copiar e colar isso de novo. E eu estou copiando e colando de uma forma que eu só vou utilizar a estrutura central e acrescentar aquilo que eu preciso adicionar. Assim, uma vez que isso acontece, temos este carbono número 3. 3 átomos de carbono, então, carbono 3. Agora, o carbono 3 forma uma ligação com este hidrogênio, bem desse jeito. Este carbono, o nosso carbono número 2 perdeu um elétron, ele não vai mais compartilhar dessa ligação. Agora, ele vai ter uma carga positiva, é um carbocátion. E, mais uma vez, é um carbocátion terciário, que está ligado a 3 átomos de carbono, mais estável do que se fizéssemos isso de uma outra maneira. Então, outra forma de fazer seria o carbocátion ficando no carbono 3. No carbono secundário, então, seria um carbocátion secundário. Só que o carbocátion secundário é menos estável do que o carbocátion terciário, como já discutimos. E o que acontece com esta molécula aqui em cima? Bem, vamos ver o que acontece agora. Temos nosso oxigênio ligado a dois hidrogênios. Ele tinha um par desses solitários, de elétrons, agora, vai ter mais este par de elétrons, dessa ligação, que formarão mais um par solitário de elétrons. Dessa forma, este deu um próton de hidrogênio para a molécula. E isto agora é apenas água, água neutra. E vemos que temos uma conservação de carga aqui. Antes o hidrônio tinha esta carga positiva, agora, a molécula original está carregada positivamente. Bom, e podemos perceber que estamos nos aproximando do nosso produto final, pelo menos em nosso carbono número 3, porque agora temos este hidrogênio. Agora, precisamos pensar sobre como é que vai ser adicionado um grupo hidroxila, bem aqui. Bem, ao redor desta molécula, temos um monte de água flutuando. Eu poderia utilizar esta molécula de água, mas nós sabemos que não será, necessariamente, ela que irá reagir com nossa molécula. Então, deixe-me desenhar uma outra molécula de água aqui. As moléculas de água são todas equivalentes. Mas, deixe-me desenhar uma outra molécula de água aqui. Então, pensamos que essa molécula está sendo bombardeada por outras moléculas de água. A água é uma molécula polar que possui o oxigênio parcialmente negativo, porque o oxigênio gosta de monopolizar os elétrons. E você tem uma carga parcial positiva perto dos hidrogênios. Como a carga fica negativa aqui, você pode imaginar que no final o oxigênio pode ser atraído a este carbocátion terciário. Bom, então, basta que esse oxigênio se choque com esse carbono, da maneira correta, para formar uma ligação. Então, deixe-me dizer que estes dois elétrons bem aqui, vamos dizer que eles formam uma ligação com este, com o carbono número 2. E, em seguida, o que vai resultar? Então, deixe-me desenhar. Vai resultar, vou copiar e colar nossa molécula original novamente, então, o que poderia acontecer? Vamos colocar aqui novamente nosso hidrogênio. Temos aqui uma molécula de água. Assim, o oxigênio ligado a dois átomos de hidrogênio, você tem este par solitário que não está reagindo. Mas, então, você tem este par solitário que agora forma uma ligação. Deixe-me fazer isso de cor laranja. E agora, há a formação de uma ligação. Estamos muito perto do nosso produto final. Nós temos agora o hidrogênio no carbono número 3 e nós vamos ter o OH no carbono número 2. Neste momento, nós temos a água toda ligada aqui ao carbono, então, de alguma forma temos que este hidrogênio saia dessa molécula. Para que ele saia, é necessário uma outra molécula de água. Vamos desenhar isso. Assim, uma outra molécula de água em algum lugar. Eu vou fazer uma cor diferente, apenas para diferenciar. E estamos agora na reta final da nossa reação. Você vai ter uma outra molécula de água, vamos dizer, deixe-me escolher uma cor. Digamos que estes elétrons bem aqui, talvez eles formem uma ligação. Então, depois os elétrons vão formar uma ligação com o hidrogênio para formar um par solitário no oxigênio. Então, o que nos resta? Isso realmente é a reta final, portanto, sabemos que estamos em equilíbrio. Então, deixe-me desenhar os 5 carbonos aqui. Então, CH₃ carbono-carbono, CH₂, CH₃. Nós temos ligados aqui no CH₃, e eu escrevi dessa maneira para ficar claro que este carbono está ligado a três hidrogênios. Então, você tem um hidrogênio aqui na molécula original, mais o hidrogênio que acabamos de adicionar a partir desse mecanismo. Você tem essa ligação em laranja para o grupo hidroxila, o OH. Ele tinha um par solitário antes, mas a partir desta quebra dessa ligação, houve a formação de outro par de elétrons solitários, que estou aqui representando de cor-de-rosa. Em seguida, agora, essa molécula de água, agora é uma molécula de hidrônio. Então, deixe-me desenhar isso. Então, agora temos um oxigênio ligado a 2 hidrogênios, um par solitário de elétrons que não reagiu. E o par solitário que eu coloquei em azul, agora vai reagir com este próton de hidrogênio, formando uma ligação. E assim, uma vez que tem mais um próton de hidrogênio compartilhando os elétrons agora, isso tem um positivo, tem uma carga positiva. Eu tenho que ter muito cuidado, na última etapa eu esqueci de tirar a carga positiva. Nós temos que perceber que essa carga positiva está sendo conservada através da nossa reação. Então, a carga positiva começou aqui com o hidrônio, passou para a nossa molécula aqui no carbono terciário. Então, aqui nessa molécula a carga positiva sairia neste oxigênio. Porque, como nós vimos antes, o oxigênio nessa molécula de água era neutro, mas a partir do momento que a molécula de água doa elétrons, aqui fica positivo. Em seguida, a carga positiva finalmente é transferida para a segunda molécula de água, que se transforma em um hidrônio. Nós, então, adicionamos um grupo hidroxila e um átomo de hidrogênio, que é uma água, por isso nós chamamos de adição de água, que foi catalisada por um ácido.