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Regra de Markovnikov e carbocátions

Regra de Markovnikov e carbocátions. Como descobrir qual é a reação de adição mais provável. Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA3JV No último vídeo, vimos o mecanismo onde, se nós reagíssemos brometo de hidrogênio e este alceno aqui, eles basicamente se adicionavam. Nós adicionamos este haleto a este alceno e obtivemos um alcano, o 2 bromo pentano. Mas, nós fizemos isso arbitrariamente. Eu não expliquei por que nós fizemos daquele jeito. Nós dissemos: olha, este hidrogênio vai ficar parcialmente positivo, porque o bromo é muito eletronegativo. Sendo parcialmente positivo, talvez ele seja atraído e colida com um destes carbonos e roube um elétron. No último vídeo, decidimos, arbitrariamente, que ele roubaria o elétron deste aqui. Mas, você também poderia imaginar uma situação em que ele pegaria um elétron deste outro aqui. Vamos desenhar o mecanismo para essa situação e pensar sobre qual reação é mais provável de acontecer. Então, o que acontece? Mais uma vez, este aqui, deixe-me desenhar seus elétrons de valência, isto é bromo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 elétrons de valência. Você tem o hidrogênio, vou fazer da mesma cor. O elétron do hidrogênio está aqui, isto é parcialmente positivo e isto é parcialmente negativo. O hidrogênio pode querer pegar um destes elétrons. Vamos começar por este carbono aqui. Então, ele tem este elétron aqui e o elétron do outro lado da ligação vai para o hidrogênio. Quando o hidrogênio se aproxima ou, talvez, quando ele é atraído. Quando ele vai para o hidrogênio, o hidrogênio perde o elétron que o bromo queria desde o início, por causa da sua alta eletronegatividade. Aquele elétron, então, vai para o bromo. Qual será o próximo passo da nossa reação? Isto será fundamentalmente diferente desta molécula à direita. Então, o que acontece agora? Nós temos um carbono ligado a dois hidrogênios e, também, ao outro carbono por uma ligação simples, que, por sua vez está ligada ao hidrogênio original neste ponto aqui. Deixe-me escrever meu hidrogênio, na verdade, deixe-me escrever isso tudo de uma forma mais clara. Então, você tem o carbono ligado a um hidrogênio e outro hidrogênio, e ele tem uma ligação simples com este carbono em cadeia. Vou desenhar o restante da cadeia aqui. E agora este elétron foi para o hidrogênio, o outro elétron continua com este carbono. Então, agora, este carbono está ligado àquele hidrogênio ali. Este elétron em azul agora está com o hidrogênio. Deixe-me desenhar. Então, o elétron em o azul que estava aqui foi para o hidrogênio em laranja. Vou desenhá-lo de forma um pouco mais organizada. E, então, o hidrogênio perdeu seu elétron para o bromo. Então, o bromo tinha originalmente 7 elétrons de valência (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). E, então, ele pegou um elétron extra do hidrogênio. Assim, agora ele tem uma carga negativa, ele é um íon negativo, um íon brometo. E desde que este tinha 4 elétrons e perdeu um para o hidrogênio, agora ele tem uma carga positiva, ele é um carbocátion. Então, note a diferença. Antes, este perdeu um elétron e o hidrogênio se ligou a este carbono. Agora, este perdeu o elétron e o hidrogênio se ligou ao outro carbono. Daí você pode imaginar que o que aconteceu aqui é semelhante ao que aconteceu no primeiro vídeo. Mas, agora, acontece que este carbono aqui, este carbono é positivo e o íon brometo é, obviamente, negativo. Então, talvez ele doe seu elétron para este carbono. Assim, este elétron vai para o carbocátion e uma ligação é formada. Este elétron verde vai para o carbocátion e este roxo permanece com o bromo. E eles irão se ligar, eles irão emparelhar. Então, o que restou? Nós temos um carbono, nós temos nossos hidrogênios, nós temos este carbono, aquele hidrogênio e o restante da cadeia CH₂ e CH₃. Nós temos este hidrogênio aqui que está ligado ao carbono. Este foi o nosso primeiro passo e, agora, o bromo está ligado a este carbono aqui. Este é um outro possível mecanismo para esta reação. Neste mecanismo aqui obtivemos o 2 bromo pentano, certo? Porque este é o carbono 2. Aqui nós temos o 1 bromo pentano. 1, 2, 3, 4, 5 continuamos com 5 carbonos. A diferença é que o bromo está ligado ao carbono 1 aqui, e ao carbono 2 aqui. Agora, vamos pensar, estes dois mecanismos parecem ser aceitáveis, mas se você fizesse isso experimentalmente, você veria que isso é o que realmente acontece. Eu nunca fiz este experimento, então, eu não sei as quantidades, mas você veria que este é o produto predominante. Existe mais desse aqui, não daquele ali. Mas, por quê? Se os dois parecem ser possíveis, por que este aqui é o mais provável de acontecer do que aquele? Isso tudo vem de uma coisa chamada de regra de Markovnikov e você pode pensar sobre isso de formas diferentes. Quando Markovnikov observou que aconteceria, essa regra funcionou. Embora ele não soubesse 100% o porquê. Mas, vamos pensar por que ela funcionou. Existem duas maneiras de pensar sobre a regra de Markovnikov. Você pode pensar que é mais provável que uma coisa que já tenha hidrogênios tenha mais hidrogênios. E é isso que acontece aqui. Este carbono tinha mais hidrogênios que o outro à direita. Este carbono à direita tinha um hidrogênio, mas ele tinha um grupo alquil ligado a ele. E o que tinha mais hidrogênios ficou com o hidrogênio. E o que tinha muitos grupos, este aqui, ele tinha um grupo aqui, este carbono que não tinha nenhum grupo ficou com o bromo. Então, quem tem mais hidrogênios termina com mais hidrogênios, quem tem mais grupos termina com mais grupos. Então, você continua na direção que você estava indo. Mas, isso continua sendo só uma regra. Por que ela faz sentido? Tudo começa a fazer sentido quando você pensa que tivemos um carbocátion nos dois mecanismos. Ok? Falamos sobre isso no último vídeo, carbocátion. Temos um carbocátion ali. Este é o carbono esquerdo sendo um carbocátion e este é o carbono direito sendo carbocátion. E a regra de Markovnikov é totalmente baseada em qual carbocátion é mais estável, qual tem o menor nível de energia. Acabou que o carbocátion que está ligado a moléculas ou átomos mais ricos em elétrons é o mais estável. Você pode pensar assim: isso é positivo, mas tem mais carbonos ao redor com os quais ele pode compartilhar alguns elétrons. A nuvem eletrônica vai ajudá-lo a ser um pouco mais estável. Este aqui está ligado a um único carbono, não compartilham muito e este está ligado a dois. Então, em geral, um carbono ligado a um único outro carbono é chamado de carbono primário. E se este é um carbocátion, isto é um carbocátion primário. Este está ligado a dois carbonos, então, é chamado de carbono secundário. E desde que ele é um carbocátion, ele é um carbocátion secundário. Então, este aqui é secundário. Assim, um carbono secundário é mais estável do que o primeiro. Na verdade, o terciário, se tivéssemos outro grupo carbono aqui, ou outra coisa que tivesse mais elétrons, isso seria ainda mais estável. Assim, ligado a três coisas, mais estável que duas coisas. E quando digo duas coisas é mais estável do que uma. A regra de Markovnikov deriva do fato de que este carbocátion é mais estável que aquele outro ali. Isso porque é secundário versus primário, porque ele é secundário, ele pode pegar elétrons emprestado com alguns de seus amigos. Ele tem mais vizinhos para pegar elétrons emprestados que este aqui. Desde que isso seja mais estável, é mais provável de acontecer. Este é o intermediário mais provável de existir e este outro menos provável de existir. E esta é a razão pela qual você tem mais chances de obter 2 bromo pentano do que 1 bromo pentano.