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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO – Campus Diadema Introdução à Química Orgânica 1 1º semestre de 2014 LISTA DE EXERCÍCIOS 4 - Álcoois, éteres e haletos de alquila - Bibliografia: Química Orgânica – Solomons & Fryhle – 8 ed. Cap. 6, 11 e 12, v. 1; Química Orgânica – Vollhardt & Schore – 4 ed. Cap. 6 a 9. Química Orgânica – Constantino – Cap. 2.6 e 2.7; v. 1. Exercícios recomendados: Química Orgânica – Solomons & Fryhle – 8 ed.; Cap. 6: exercícios 6.13 a 6.17, 6.20, 6.32 e 6.33 (páginas 263-267); Cap. 11: exercícios 11.26 a 11.29 (páginas 506 e 507) Química Orgânica – Vollhardt & Schore – 4 ed. Cap. 6: exercícios 27 a 30, 34 e 38 (páginas 228 e 229); Cap.exercícios 22, 26, 29, 36 e 40 (páginas 252-255); Cap. 21 a 24, 30 (páginas 290-291) . 1. Qual dos álcoois em cada par abaixo deve sofrer desidratação catalisada por ácido mais facilmente? Justifique sua resposta. a. 1-pentanol ou 2-pentanol b. 2,3-dimetil-2-butanol ou 2,3-dimetil-1-butanol c. 2-metil-2-butanol ou 3-metil-2-butanol 2. Dê os produtos que podem ser formados quando cada um dos seguintes álcoois a seguir é submetido à desidratação catalisada por ácido. Nos casos onde houver a formação de mais de um produto, indique o principal. Escreva o mecanismo para a reação do item (b). a. 2-metil-2-propanol b. 3-metil-2-butanol c. 3-metil-3-pentanol d. 1,4-dimetilcicloexanol 3. Escreva os produtos que se devem esperar da desidroalogenação dos seguintes haletos de alquila. Nos casos onde houver a formação de mais de um produto, indique o principal. Escreva o mecanismo para a reação do item (d). a) 1-bromo-hexano b) 2-bromo-hexano c) 1-bromo-2-metilpentano d) 2-bromo-2-metilpentano e) 3-bromo-2-metilpentano f) 4-bromo-2-metilpentano 2 1º semestre de 2014 4. Responda: (a) A metilamina e o metanol têm pesos moleculares muito próximos, mas pontos de ebulição muito diferentes. Explique o fato do PE da metilamina ser muito inferior ao do metanol, já que ambos os compostos fazem ligações de hidrogênio entre suas moléculas; (b) O éter dietílico e o 1-butanol têm o mesmo peso molecular e a mesma solubilidade em água. Entretanto seus pontos de ebulição são bastante diferentes. Explique. metanol (CH4O) PM = 32,04 PE = 65oC CH3OH CH3NH2 metilamina (CH5N) PM = 31,06 PE = - 6,3oC OH 1-butanol PM = 74 PE = 117oC solubilidade: 8 g/100 g H2O O éter dietílico PM = 74 PE = 35oC solubilidade: 8 g/100 g H2O 5. Mostre o mecanismo reacional envolvido na transformação abaixo: Me Me Me OH H2SO4 MeOH Me Me Me OMe 6. Coloque os compostos de cada série a seguir em ordem crescente de reatividade frente à reação de SN2. Faça o mesmo para a reação de SN1. a. 2-bromo-2-metilbutano, 1-bromopentano, 2-bromopentano b. 1-bromo-3-metilbutano, 2-bromo-2-metilbutano, 3-bromo-2-metilbutano 7. Proponha um mecanismo que explique a transformação mostrada abaixo. H3C CH2CH3 H3C H3O + 8. Escolha, em cada par abaixo, aquele reagente que sofre substituição nucleofílica em H2O/EtOH mais rapidamente. a) (CH3(CH2)3CH2Cl ou CH3(CH2)2CHCH3 Cl b) CH3CH2CH2CHCH3 ou CH3CH2CCH3 Br CH3 Br Br CH3 Brou c) 3 1º semestre de 2014 9. Mostre como você pode usar uma reação de substituição nucleofílica alifática (SN) no brometo de n-propila para sintetizar cada um dos compostos a seguir. (você pode utilizar qualquer outro reagente que seja necessário) a) CH3CH2CH2OH b) c) d) e) CH3CH2CH2I CH3CH2CH2OCH2CH2CH3 O CH3C OCH2CH2CH3 CH3 N CH3 CH2CH2CH3H3C Br _+ 10. Tratamento do (S)-2-iodo-octano com NaI em etanol promove o desaparecimento da atividade ótica do material de partida. Explique. 11. O seu objetivo é preparar o éter metil isopropílico, CH3OCH(CH3)2, através de um das seguintes reações. Qual reação forneceria o melhor rendimento? Justifique. a. CH3ONa + (CH3)2CHI CH3OCH(CH3)2 + NaI b. (CH3)2CHONa + CH3I CH3OCH(CH3)2 + NaI 12. A seguir estão dados sobre as velocidades relativas de solvólise de vários cloretos em solução aquosa de etanol a 50% na temperatura de 44,6oC. Justifique as diferenças de velocidade de reação. Cloreto Velocidade* Cloreto Velocidade* Cl 1,0 Cl 2100 Cl 0,07 Cl 91 Cl 0,12 Cl 130000 * velocidade relativa: em relação à reação do 3-cloropropeno (cloreto de alila) com 50% EtOH/50% H2O. 13. Dê o produto de reação do: I. 1-butanol com: (a) NaH; (b) NaH seguido de CH3Br; (c) cloreto de metanossulfonila e base; (d) produto de (c) com NaN3; (e) ácido sulfúrico a 140 oC; (f) HBr concentrado sobre refluxo. II. 2-bromobutano com (a) NaOMe/MeOH, (b) NaCN; (c) KOH aquoso; (d) metanol. 14. Proponha um mecanismo que explique a seguinte observação experimental: “O tratamento do 2-bromo-3- metilpentano com metóxido de sódio em metanol fornece o 3-metil-2-penteno como produto principal, enquanto o tratamento do mesmo brometo com terc-butóxido de potássio em terc-butanol fornece o 3-metil-1-penteno como produto principal.” 4 1º semestre de 2014 15. Dê os produtos das seguintes reações. Para treino, sugere-se desenhar os mecanismos para TODAS as reações representadas. a) OH MeOH Br NaOMe MeOH b) c) d) O HBr e) OH H2SO4 Br NaOEt EtOH 16. Prediga quais dos seguintes haletos podem fornecer um único alceno e quais fornecem mistura de alcenos em reações do tipo E2 (utilizando NaOEt/EtOH). Br CH2CCH3 Br CH3 CH3CH2CHCH2Br CH3 17. Dê o(s) produto(s) da reação de substituição nucleofilica a seguir, especificando a estereoquímica adequada dos produtos formados. Br MeOH 18. O tratamento do álcool mostrado abaixo com HBr a temperatura ambiente fornece um produto de expansão de anel em 74% de rendimento. Proponha um mecanismo que explique esta transformação. OH Me Me HBr 20-30oC Br Me Me (74%) 19. Com relação à reação de substituição nucleofílica, responda: a. Qual é o produto de substituição esperado (incluindo a configuração do centro estereogênico) na reação do (R)-CH3CH2CH2CHDCl com NaI em acetona. Desenhe o estado de transição para a reação; b. a constante de velocidade (segunda ordem) da reação do iodeto de metila com com o íon metóxido é igual a 2,5 x 10-4 M-1 s-1, enquanto a constante de velocidade da reação do mesmo haleto de alquila com o íon sulfato é igual a 4,0 x 10-7 M-1 s-1. Proponha uma explicação para a diferença de reatividade observada. 5 1º semestre de 2014 Anexo 1: Resumo das reações de substituição nucleofílica. Tabela 1. Fatores que favorecem as reações SN1 versus SN2. fator SN1 SN2 Substrato terciário (necessita da formação de um carbocátion relativamente estável) metila > primário > secundário (necessita de substrato desimpedido) Nucleófilo base de Lewis fraca, molécula neutra, o nucleófilo pode ser o solvente (solvólise) base de Lewis forte, a velocidade é favorecida pela alta concentração do nucleófilo Solvente polar prótico (p. ex. álcoois, água) polar aprótico (p. ex. DMF, DMSO) Grupo de partida I > Br > Cl > F tanto para SN1 quanto para SN2 (quanto mais fraca a base melhor o grupo de partida) Tabela 2. Fatores que governam as rações de substituição nucleofílica. Tipo de Haleto SN2 SN1 Metila CH3X SN2 favorecida SN1 não ocorre, pois o carbocátionmetila é muito instável Primário RCH2X SN2 favorecida SN1 ocorre raramente, pois os carbocátions primários também são instáveis Secundário R2CHX SN2 favorecida em solvente aprótico com nucleófilos fortes SN1 favorecida em solventes próticos com nucleófilos fracos Terciário R3X SN2 não ocorre devido ao impedimento estérico no carbono SN1 favorecida ocorre facilmente devido à grande estabilidade dos carbocátions terciários Substituição no estereocentro Inversão de configuração. O nucleófilo acata o estereocentro pelo lado oposto em que se encontra o grupo de partida Racemização. O carbocátion intermediário é planar e o nucleófilo leva a ambos estereoisômeros, R e S
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