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QU Í QU Í QU Í QU Í QU Í QU Í QU Í QU Í QU Í QU Í Qu ím ica 13 2 13 1 13 3 Capítulo 5 Reações orgânicas (PARTE III) ........................288 Exercícios PropostosExercícios Propostos .................................... ....................................296296 Módulo 19 Adição e substituição em ciclanos .............296 Módulo 20 Reações de eliminação e esterifi cação .....299 Módulo 21 Reações de oxidação em alcenosReações de oxidação em alcenos ............... 303 Gabarito dos Exercícios PropostosGabarito dos Exercícios Propostos................ 306 28 8 IS AK 55 / IS TO CK Reações orgânicas (PARTE III)5 1. Reação com ciclanos Os ciclanos ou cicloalcanos são hidrocarbonetos cíclicos saturados, cuja fórmula geral é CnH2n, também são conheci- dos como cicloparafinas. Os mais importantes ciclanos estão indicados a seguir. CH2 CH2 CH2 CH2 H2C H2C CH2H2C CH2 CH2 CH2H2C CH2H2C H2C CH2 CH2 H2C Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Cicloexano CH2 CH2 CH2 CH2 H2C H2C CH2H2C CH2 CH2 CH2H2C CH2H2C H2C CH2 CH2 H2C Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Cicloexano Embora a cadeia carbônica dos ciclanos seja saturada, ela não apresenta a mesma estabilidade encontrada em seus cor- CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 28 9 PV 2D -1 7- 70 respondentes carbonos saturados em cadeia aberta. Por causa disso, os ciclanos podem comportar-se de maneira anômala em certas reações químicas; tal propriedade pode ser explica- da por meio da teoria das tensões de Baeyer. A. Teoria das tensões de Baeyer Em 1885, Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer pro- pôs uma teoria para explicar o comportamento químico dife- rente dos ciclanos. Já se sabia, por meio de determinações matemáticas, que o ângulo formado por ligações simples (carbono saturado – sp3) apresentava valor 109o28’, estrutu- ra que distribuía os quatro ligantes do carbono numa geome- tria tetraédrica. H 109°28' H H H C Ângulo de estabilidade total entre as ligações. Considerando, então, uma estrutura cíclica planar saturada composta por três átomos de carbono, sua distribuição espacial assumiria a forma de um triângulo equilátero, com ângulo de 60o. H H Tensão angular 115° 60° H H H H C C C Existe, portanto, uma grande tensão angular no ciclo. Por causa dessa tensão, a tendência do anel é abrir com relativa facilidade; assim, esse composto apresenta uma grande facili- dade de sofrer reação de adição. Num ciclo planar de quatro átomos de carbono saturados, ciclobutano, o ângulo formado entre as ligações do ciclo é de 90o. H2C CH2 CH2 H2C 90° Nesse caso, a tensão angular é menor; esse composto é mais estável do que o ciclopropano. No entanto, ainda há tensão nesse ciclo, e ele também sofre facilmente reação de adição. O ciclobutano é menos reativo que o ciclopropano. Já num ciclo de cinco átomos de carbono, ciclopentano, os ângulos formados entre as ligações internas do pentágono regular são iguais a 108o. CH2 CH2H2C CH2 108° H2C Praticamente não há tensão no ciclo, o que justifica sua grande estabilidade. Ainda pode ocorrer reação de adição, com a ruptura do ciclo, em condições mais energéticas. Con- tudo, para esse composto, as reações de substituição são mais comuns. Entretanto, a teoria das tensões não foi satisfatória para explicar a grande estabilidade dos ciclos de seis ou mais áto- mos de carbono, porque admitia que todos os carbonos do ci- clo estavam em um mesmo plano. Dessa forma, haveria, com certeza, grande instabilidade na estrutura; se os seis átomos de carbono estivessem no mesmo plano, o ângulo formado en- tre as ligações internas seria de 120o e seria esperada grande tensão no ciclo, o que resultaria em uma facilidade maior para a ocorrência de reações de adição, com ruptura da cadeia fecha- da. Contudo, sabemos experimentalmente que o ciclo-hexano sofre, quase sempre, reações de substituição. Para resumir, podemos dizer que a diferença entre o ângulo previsto e o ângulo real é responsável pela tensão no ciclo car- bônico; assim, maior tensão angular diminui a estabilidade do ciclo, aumentando sua tendência a se romper e sofrer reação de adição. Ciclopropano Ciclobutano 109° (Tetraédrico) 90° 19° 49° Ciclopentano Ciclo-hexano 108° 120° 11°1° 60° Observação Tensão angular é a tensão que ocorre em virtude da ex- pansão ou da compressão dos ângulos de ligação. B. Teoria de Sachse-Mohr Em 1890, Sachse admitiu que, nos ciclos de seis, sete ou mais átomos de carbonos saturados, estes não estão dispostos em um mesmo plano e, assim, o ciclo pode ser constituído sem tensões. De fato, com o auxílio de mode- los moleculares, podemos construir hexaciclos, heptaciclos etc. e verificar que os átomos de carbono se distribuem tri- dimensionalmente, tendo como resultado um ciclo que não apresenta tensão alguma. Sachse admitiu, em sua teoria, que, num ciclo com seis átomos de carbono, os átomos podem dispor-se espacialmente em duas configurações diferentes, barco e cadeira, sempre respeitando a distância de 109o28’ entre as ligações. A configuração cadeira é mais estável que a configuração barco. Barco Cadeira O cicloexano nas duas formas: barco e cadeira. Com a teoria de Sachse, excluiu-se a possibilidade de as duas formas apresentadas serem, na verdade, dois compos- tos diferentes, exercendo papéis de isômeros. Mohr, com o auxílio de modelos atômicos, conseguiu provar que as formas de barco e cadeira se interconvertem facilmente por meio de uma torção no ciclo. Assim, admitiu- -se que, no cicloexano, as moléculas dispostas em formato LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 0 PV 2D -1 7- 70 de cadeira estão continuamente se convertendo ao formato de barco, e vice-versa, impossibilitando o isolamento de uma das formas, que constituiria um isômero. Portanto, os ciclos saturados com seis ou mais carbo- nos são muito estáveis, não existindo ruptura de seu ciclo – a não ser em circunstâncias muito específicas –, em vir- tude da não existência de tensões entre as ligações inter- nas. Por isso, seus compostos realizam, exclusivamente, reações de substituição. Cicloexano Clorocicloexano CH2 CH2 CH2H2C CH2 + C2 + HC H2C CH2 CH2 C H C H2C CH2H2C C. Reações C.1. Hidrogenação Por causa de sua grande instabilidade, os ciclanos com três átomos de carbono no ciclo sofrem reação de adição com o hidrogênio em temperaturas relativamente baixas (120 oC), na presença de níquel como catalisador. Os ciclos com quatro e cinco átomos de carbono também adicionam hidrogênio, na presença de níquel, em temperaturas um pouco mais altas, em função de suas maiores estabilidades (200 oC e 300 oC, respectivamente). No entanto, os ciclanos com seis ou mais átomos de car- bono não adicionam hidrogênio em suas estruturas, pois rea- gem, preferencialmente, com reação de substituição. Exemplos Ciclopropano Propano H2C — CH2 + H — H Ni 120 °C H3C CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2H2C CH2H2C + H — H Não ocorre. CH2 CH2H2C CH2H2C Ciclopentano Pentano + H — H Ni 300 °C H3C CH2 CH2 CH2 CH3 Ciclobutano Butano H2C — CH2 H2C — CH2 + H — H Ni 200 °C H3C C CH2 CH3 H2 C.2. Halogenação Essas reações seguem o mesmo mecanismo das rea- ções de hidrogenação (ocorrem adições dos halogênios por causa da ruptura do ciclo). Contudo, neste caso, os ciclos maiores também responderão positivamente ao ataque dos radicais livres, em virtude da grande reatividade dos halogê- nios, porém sendo substituídos, e não adicionados. CH2 CH2 CH2H2C CH2H2C H2C — CH2 CH2 CH2 + C2H2C CH2H2C CH2 C C H + HCH2C CH2H2C CH2 H2C — CH2 H2C — CH2 + Br2 CH2 CH2 CH2C CH2H2C + HBrBr H Calor Luz UV Calor Luz UV + C2 C C CH2 — CH2 — CH2 — CH2 FeC3 + C2 C C CH2 — CH2 — CH2 FeC3 C.3. Reação com halogenidretos CH2 CH2 CH2H2C CH2H2C H2C — CH2 CH2 CH2 + HBrH2C CH2H2C Não ocorre. Não ocorre. CH2 H2C — CH2 H2C — CH2 + HBr + HBr(conc.) H Br CH2 — CH2 — CH2 — CH2 +Hl(conc.) H l CH2 — CH2 — CH2 2. Reações de eliminação Ocorrem por causa da perda de átomos vizinhos, forman- do, geralmente (porém nem sempre), uma dupla-ligação. Es- sas reações podem ocorrer de forma intermolecular ou até mesmo dentro da própria molécula (intramolecular). A. Desidratação de álcoois Por apresentarem, em sua estrutura, um grupamento –OH (hidroxila), os álcoois podem sofrer dois tipos de desidratação. A.1. Desidratação intramolecular Uma molécula de álcool pode sofrer uma reação de eliminação, formando um alceno pela perda de um OH de carbono saturado e de um H do carbono adjacente. O resul- tado é a eliminação de uma molécula de água. Essa perda de água é chamada de desidratação. A desidratação de um álcool requer um catalisador ácido higroscópico (desidra- tante) e também aquecimento. O ácido sulfúrico (H2SO4) e o ácido fosfórico (H3PO4) são os catalisadores mais usados. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 1 PV 2D -1 7- 70 A desidratação intramolecular do etanol ocorre a uma temperatura de 170 oC; sua equação está representada a seguir. H OH CH2 — CH2 CH2 — CH2 + H2O H2SO4 170 °C Em álcoois de cadeias carbônicas maiores, a facilidade de desidratação será maior nos álcoois terciários, depois nos secun- dários e, por último, nos primários. Isso se deve à maior estabilidade do carbocátion formado na cisão heterolítica que ocorre no carbono que possuía a hidroxila (–OH). Estruturalmente, se o carbono do grupo funcional for terciário, o número de grupos alquila presentes ao seu redor será maior, situação que possibilita maior capacidade de doação de elétrons, dispersando sua carga e resultando num carbocátion mais estável. Álcool terciário > álcool secundário > álcool primário Observação Os álcoois são classificados conforme o tipo de carbono em que está ligado o seu grupo funcional (–OH). Assim, um álcool primário tem seu grupo funcional ligado a um carbono primário, um álcool secundário tem seu grupo funcional ligado a um car- bono secundário e um álcool terciário tem seu grupo funcional ligado a carbono terciário. Quando houver possibilidade de se formar mais de um alceno, o isômero que se forma em maior quantidade será o mais es- tável. Essa determinação de estabilidade é feita observando-se a quantidade de radicais ligados aos carbonos da dupla-ligação. R2C = CR2 > R2C = CHR > R2C = CH2 > RCH = CHR > RCH = CH2 > CH2 = CH2 Estabilidade dos alcenos Ou seja, quase sempre, quanto maior o número de radicais ligados aos carbonos, maior será a estabilidade desse alceno. Exemplo H OH H CH3 — CH — CH — CH3 + CH3 — CH2 — CH — CH2 + H2OCH3 — CH — CH — CH2 H2SO4 100 °C Produto principal Produto secundário Saytzeff propôs a seguinte regra para as desidratações intramoleculares: "Na desidratação intramolecular de um álcool, será formado o alceno mais estável". Podemos reproduzir essa regra da seguinte maneira: “Na desidratação intramolecular de um álcool, retira-se o hidrogênio do átomo de carbono vicinal menos hidrogenado”. Exemplo H Carbono menos hidrogenado OH CH3 — CH2 — CH — CH — CH3 + H2OCH3 — CH2 — CH — CH — CH2 H2SO4 Produto principal A.2. Desidratação intermolecular Neste tipo de desidratação, ocorre a saída de uma molécula de água e duas moléculas de álcool distintas, que passam a formar, como produto, uma nova molécula orgânica, além de água. A presença de catalisadores fortemente higroscópicos (H2SO4 ou H3PO4) ajuda na saída da molécula de água, mas é necessário um aquecimento menor (140 oC para a desidratação intermo- lecular do etanol) que o imposto às desidratações intramoleculares. Da união de duas moléculas de álcool, forma-se uma molécula de éter. Exemplo H2O + H3C — C — O — C — CH3H3C — C — OH H3C — C — OHH2 H2 H2 H2+ H2SO4 140 °C Etoxietano Desidratação intramolecular alceno Desidratação intermolecular éter LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 2 PV 2D -1 7- 70 B. Eliminação de HCℓ, HBr e HI de haletos orgânicos (desidro-halogenação) São reações de eliminação de grupos atômicos que ocor- rem de modo intramolecular, quando haletos orgânicos são so- lubilizados em solução alcoólica de KOH. Essas reações, como nos álcoois, produzem duas valências livres em carbonos vizinhos, o que faz com que sejam produzidos os correspon- dentes alcenos por causa da formação de uma dupla-ligação. CH2 — CH2 + HBrCH2 — CH2 H Br KOH(Alc.) Para cadeias carbônicas maiores, situações em que se pode obter mais de um alceno, será respeitada a regra de Saytzeff, ou seja, o hidrogênio terciário tem prioridade sobre os demais tipos de hidrogênio. Em seguida, temos o hidrogê- nio secundário e o primário, nessa ordem. Exemplo CH3 — CH — CH — CH2 H HBr KOH(Alc.) Carbono menos hidrogenado CH3 — CH — CH — CH3 + HBr C. Desidratação de ácidos carboxílicos Existem fortes relações intermoleculares entre os ácidos carboxílicos (ligações de hidrogênio); isso possibilita, em razão da presença de desidratantes, como H2SO4, H3PO4 e P2O5, a forma- ção de anidridos de ácido pela saída de uma molécula de água. Exemplo H3C — C + C — CH3 H2SO4 ∆ H2O — H3C — C O OH O HO O O H3C — C O Ácido acético Ácido acético Embora a desidratação dos ácidos carboxílicos não seja um método geral para a síntese de anidridos, é possível pre- parar anidridos cíclicos por meio do aquecimento de ácidos dicarboxílicos. Essa reação só será eficiente se o anel forma- do tiver cinco ou seis átomos. Exemplo O O –H2O 300 °C Ácido butanodioico (Ácido succínico) Anidrido butanodioico (Anidrido succínico) H2C COOH COOH H2C H2C C C O H2C D. Reações de esterificação Quando se misturam um ácido carboxílico e um álcool, não ocorre reação. Entretanto, a adição de um ácido mineral, como o H2SO4 ou o HCℓ, em quantidades catalíticas provoca a reação, com formação de éster e água. RCOH Ácido carboxílico Álcool Éster R'OH H+ RCOR'+ + H2O O O Trata-se de um processo reversível, utilizado na indús- tria para a produção de essências de frutas, que são, em sua maioria, ésteres. Para aumentar o rendimento do processo, pode-se deslocar o equilíbrio para a direita (lado do éster), por exemplo, retirando-se água do equilíbrio por intermédio da utilização de agentes desidratantes. É importante destacar que a molécula de H2O é formada pelo grupo –OH, proveniente do ácido, e pelo grupo –H, do ál- cool. Essa determinação foi feita experimentalmente, por meio da "marcação" do átomo de oxigênio do grupo OH do álcool, sen- do utilizado um isótopo radioativo do elemento oxigênio, o 18O. R1 — O — H Isótopo do oxigênio 18 Assim, como o resultado foi o surgimento de uma molé- cula de éster "radioativo", concluiu-se que o oxigênio do grupo OH do ácido é eliminado sob a forma de água, enquanto o áto- mo de O do álcool permanece no éster. Portanto, a reação genérica fica: R — C + H2O+ R — 18O — H R — C O OH O 18O — R Exemplos CH3 — C + CH3 — CH2OH CH3 — C O OH O O — CH2 — CH3+ H2O CH3 — CH2 — C + CH3OH CH3 — CH2 — C O OH O O — CH3 + H2O Confirmada a esterificação de Fischer por meio dos aromas Em 1895, Fischer e Speier constataram que era possível a obtenção de ésteres por meio do aquecimento de um ácido carboxílico e de um álcool na presença de catalisador ácido. Essa reação ficou conhecida como esterificação de Fischer, constituindo um dos principais métodos utilizados na produção de ésteres. Em geral, os ésteres, principalmente os de baixa massa molar, apresentam aromas agradáveis, estando presen- tes em frutas e flores. Esses compostos possuem ampla aplicação na indústria como flavorizantes, ou seja, substâncias que, quando adicionadas em pequena quantidade aos alimentos, conferem- -lhes características degustativas e olfativas. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/ a11.pdf>. Acesso em: 11 jan. 2017. Adaptado. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 3 PV 2D -1 7- 70 01.Complete as duas reações de esterificação a seguir e indique a alternativa que apresenta os nomes corretos de A e B, respectivamente. 1. H3C — C + HO — CH3 A + H2O O OH Ácido acético Metanol Éster Água 2. H3C — CH2 — C + HO — CH2 — CH3 B + H2O O OH Ácido propanoico Etanol Éster Água a. Metanoato de etila e etanoato de propila b. Etanoato de metila e propanoato de etila c. Metanoato de metila e propanoato de etila d. Metanoato de etila e propanoato de etila e. Etanoato de metila e etanoato de propila Resolução H3C — C + HO — CH3 H3C — C + H2O O OH O O — CH3 Ácido acético Metanol A Etanoato de metila Água H3C — CH2 — C + HO — CH2 — CH3 + H2O O OH Ácido propanoico Etanol B Propanoato de etila Água H3C — CH2 — C O O — CH2 — CH3 Alternativa correta: B APRENDER SEMPRE 37 3. Reações de oxidação Em química geral, o termo oxidação ou clivagem oxi- dativa é definido como a perda de um ou mais elétrons por um átomo (isso será estudado no caderno 8 – setor 132 – módulo 43). Entretanto, em química orgânica, oxi- dação é uma reação que resulta em perda da densidade eletrônica pelo carbono, causada tanto pela formação de ligação entre o carbono e um átomo mais eletronegativo – normalmente oxigênio, nitrogênio ou halogênio – quan- to por uma quebra na ligação entre o carbono e um átomo mais eletronegativo. Exemplo H2C — CH2 + H2O H3C — CH2 — OH –2 Oxidação –1 A. Oxidação em alcenos A.1. Oxidação branda Os alcenos são oxidados pelo KMnO4 (permanganato de potássio) em meio básico (NaHCO3 ou Na2CO3) ou em meio neutro, formando diálcoois vicinais denominados glicóis. O oxi- dante brando mais usado é o KMnO4/NaHCO3, conhecido como reativo de Bayer. Em solução alcalina e fria, o KMnO4 é um oxidante brando, o qual resulta na seguinte reação: 2 KMnO4 + H2O 2 KMnO4 + 2 KOH + 3 [O] Base Oxigênio nascente ou atômico que participa da oxidação. Exemplo de oxidação branda de alcenos H2C — CH2 + [O] + HOH H2C — CH2 OH Eteno (etileno) Etanodiol (glicol comum) OH KMnO4 NaHCO3 Importante Em função da cor violeta da solução de KMnO4, a reação de Bayer pode ser aplicada para se distinguir um alceno de seu ciclano isômero; com KMnO4 em meio alcalino, o ciclano não reage. KMnO4 (Violeta) C3H6 Descorando Não descorando Propeno Ciclopropano Propeno ou ciclopropano A.2. Ozonólise A ozonização consiste na reação de um alceno com ozô- nio, O3. Forma-se, inicialmente, um produto de adição cha- mado de molozonídeo, que rapidamente sofre um rearranjo, transformando-se no ozonídeo, ambos instáveis e explosivos. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 4 PV 2D -1 7- 70 O3 Molozonídeo Ozonídeo O O OC — C C — C O C C O — O Em razão de sua periculosidade, os ozonídeos são geral- mente reduzidos (ou oxidados) imediatamente após sua for- mação, pela adição de algum agente redutor (ou oxidante) às soluções que os contêm. O produto obtido depende do tipo de cada carbono que faz a ligação dupla: • se ambos os carbonos que fazem a ligação dupla forem primários ou secundários, obteremos apenas aldeídos; • se ambos os carbonos que fazem a ligação dupla fo- rem terciários, obteremos apenas cetonas; • se um dos carbonos que fazem a ligação dupla for pri- mário ou secundário e o outro for terciário, obteremos uma mistura de aldeído e cetona. Veja os exemplos a seguir. Exemplo 1. Ozonólise do 2-metil-but-2-eno (produz uma mistura de aldeído e cetona.) H3C — C — C — CH3 + O3 H3C — C C — CH3 O — O O H Ozoneto CH3H CH3 H3C — C C — CH3 + H2O O — O O H Ozoneto Aldeído (etanal) Cetona (propanona) CH3 + H3C — C — CH3 + H2O2 +H3C — C Zn O O H Exemplo 2. Ozonólise do but-2-eno (produz apenas aldeído.) CH3 — CH — CH — CH3 + O3 2 CH3 — C + H2O2Zn H2O O H Exemplo 3. Ozonólise do 2,3-dimetil-but-2-eno (produz apenas cetona.) CH3 — C — C — CH3 + O3 CH3 CH3 2 CH3 — C — CH3 + H2O2Zn H2O O Observação Para evitar a oxidação do aldeído pela água oxigena- da (H2O2), deve-se utilizar zinco em pó na reação. O zinco atua como catalisador, promovendo a decomposição do H2O2 em H2O e O2. A ozonólise (na presença de Zn) carac- teriza-se pela seletividade: esse método não produz áci- dos carboxílicos. Aplicação da ozonólise Além de ser um método muito utilizado na produção de aldeídos e cetonas, a ozonólise pode ser utilizada na deter- minação da posição da dupla-ligação na molécula do alceno. Para isso, basta proceder da seguinte maneira: • eliminam-se os átomos de oxigênio das duas molécu- las resultantes e unem-se os carbonos dos respecti- vos grupos funcionais das estruturas por meio de uma dupla-ligação. Alceno H CH3 CH3 CH3 — C + O — C — CH3 + H2O2 O alceno é, portanto, H3C — C — C — CH3 2-metil2-2buteno Ozonólise O H A.3. Oxidação enérgica Na oxidação enérgica de alcenos, feita a quente, são uti- lizados como agentes oxidantes: KMnO4/H2SO4 (solução vio- leta) ou K2Cr2O7/H2SO4 (solução alaranjada). Esses dois sais, em presença de ácido sulfúrico concentrado, produzem oxi- gênio nascente [O], responsável pela oxidação do alceno. 2 KMnO4 + 3 H2SO4 (Violeta) (Incolor) K2SO4 + 2 MnSO4 + 3 H2O + 5 [O] ∆ Oxigênio atômico que faz a oxidação. Um alceno, quando submetido a um oxidante energético, sofre oxidação, com ruptura da dupla-ligação, podendo haver formação de ácidos carboxílicos, cetonas ou gás carbônico. Genericamente, podemos representar: R — C — C — R1 + 4 [O] R — C O O OH OH C — R1+ H H Exemplo 1. Oxidação enérgica do propeno H3C — C — H + 4 [O] H3C — C O OH H — C+ H Formará ácido carboxílico. O OH= C H Formará ácido carboxílico. Ácido etanoico (ácido acético) Ácido metanoico (ácido fórmico) H — C + [O] <H2CO3> O OH CO2 + H2O Ácido fórmico Ácido carbônico (instável) Observação Haverá formação de gás carbônico em vez de ácido me- tanoico se a dupla-ligação estiver localizada na extremidade LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 5 PV 2D -1 7- 70 da cadeia; isso acontece porque o ácido metanoico possui a propriedade de ser atacado pelo oxigênio, pois o ácido fórmi- co apresenta caráter redutor. Exemplo 2. Oxidação enérgica do but-2-eno H3C — C — C — CH3 + 4 [O] CH3 — C C — CH3 KMnO4 H+ O OH + H Formará ácido carboxílico. O OHH Formará ácido carboxílico. Ácido etanoico (ácido acético) Ácido etanoico (ácido acético) Exemplo 3. Oxidação enérgica do 2-metil-but-2-eno H3C — C — C — CH3 + 3 [O] H3C — C — CH3 C — CH3 KMnO4 H+ O + CH3 Formará cetona. O OHH Formará ácido carboxílico. Propanona (acetona) Ácido etanoico (ácido acético) Exemplo 4. Oxidação enérgica do 2,3-dimetil-but-2-eno H3C — C — C — CH3 + 2 [O] H3C — C — CH3 C — CH3 KMnO4 H+ O + H3C — CH3 CH3 Formará cetona. Formará cetona. O Propanona (acetona) Propanona (acetona) Aplicação da oxidação energética A reação com KMnO4/H2SO4 pode ser empregada na localização da dupla-ligação de um alceno desconheci- do, além de servir para a obtenção de cetonas e/ou áci- dos carboxílicos. Exemplo Um alceno produz, com KMnO4/H2SO4, ácido propanoico e butanona. Alceno H CH3 H2 H2 H2 H3C — CH2 — C + H3C — C — C — CH3 Alceno é: H3C — C — C — C — C — CH3 3-metil-hex-3-eno KMnO4 O OH O Observação A reação de um composto orgânico com oxigênio atômico ou molecular é uma reação de oxidação do composto orgâni- co, pois o número de oxidação ou Nox do carbono aumenta. O permanganato de potássio é chamado de agente oxidante. Outro agente oxidante muito empregado em química orgânica é o dicromato de potássio (K2Cr2O7). Resumidamente Oxidação branda Produz diálcool vicinal (glicol). Ozonólise Carbono primário ou secundário da ligação dupla pro- duz aldeído. Carbono terciário da ligação dupla produz cetona. Oxidação enérgica Carbono da ligação dupla primário produz CO2 + H2O. Carbono da ligação dupla secundário produz ácido carboxílico. Carbono da ligação dupla terciário produz cetona. 01. Fuvest-SP Na ozonólise do alqueno de menormassa molecular que apresenta isomeria cis-trans, diga qual é o único produto or- gânico formado. Resolução O menor alqueno que apresenta isomeria geométrica (cis-trans) é o but-2-eno. Sua ozonólise produz duas molé- culas de etanal, como demonstrado na equação a seguir. H2O H3C — C — C — CH3 H 2 H3C — C H Etanal O3 O H APRENDER SEMPRE 38 LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 6 PV 2D -1 7- 70 Módulo 19 Adição e substituição em ciclanos EXERCÍCIOS PROPOSTOS RO TE IR O DE E ST UD OS Leia com atenção Capítulo 5 – Tópicos 1, 1.A, 1.B e 1.C Ex er cí ci os Série branca 361 362 363 364 365 366 367 368 Série amarela 364 365 366 367 368 369 371 372 Série roxa 371 372 374 375 376 377 378 380 Foco Enem 363 364 366 368 371 374 376 379 361. Considerando os compostos ciclopropano, ciclobutano e ciclopentano, podemos afirmar que a. o mais estável é o ciclobutano e o mais reativo é o ciclopropano. b. o mais estável é o ciclopropano e o mais reativo é o ciclobutano. c. o mais reativo é o ciclopropano e o mais estável é o ciclopentano. d. o mais reativo é o ciclopentano e o mais estável é o ciclopropano. e. não há nenhuma diferença entre os compostos apresentados. 362. O composto que reage mais facilmente com hidrogênio é a. b. c. d. e. 363. UFRGS-RS A respeito das seguintes reações químicas, I. + C2 C — CH2 — CH2 — CH2 — C II. + C2 C + HC pode-se afirmar que a. os ciclanos sofrem reações de adição e de substitui- ção com igual facilidade. b. a cloração permite caracterizar a posição de ruptura do anel. c. o grau de insaturação pode ser medido pelo número de halogênios adicionados. d. a reação (I) é de adição, e a (II) é de substituição. e. a reação (I) é de dupla-troca, e a (II) é de simples troca. 364. FCC-SP C7-H24 Na hidrogenação do composto: H2C CH2 CH2 60° obtém-se um produto cuja estrutura é mais corretamente re- presentada pela fórmula a. H3C CH3 CH2 60° b. H2C H3C CH3 90° c. H3C CH3 180° C H2 d. H3C CH3 CH2 109° e. H3C CH3 CH2 78° 365. ITA-SP Explique por que a temperatura de hidrogenação de ci- cloalcanos, catalisada por níquel metálico, aumenta com o aumento da quantidade de átomos de carbono presentes nos cicloalcanos. 366. O ângulo de maior estabilidade do carbono, em que não há tensões nas ligações, é a. 109o28’ b. 108o c. 90o d. 60o e. 45o 367. A teoria da tensão de Bayer para os ciclanos, estabeleci- da em 1885, pode ser resumida no seguinte ponto: LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 7 PV 2D -1 7- 70 “Quanto maior a tensão entre os ângulos de ligação dos carbonos na molécula, ou seja, quanto mais os ângulos se afastarem de 109o28’, mais instável será o ciclano. Já quan- to mais os ângulos entre as ligações dos carbonos se apro- ximarem de 109o28’, menor será a tensão, e o ciclano será mais estável.” Explique, com base nessa teoria, como varia a estabilidade nos primeiros 3 compostos da série homóloga dos ciclanos. 368. UERJ C7-H24 Tanto o ciclopropano como o etileno reagem com o HBr. Os derivados resultantes devem ser, respectivamente, a. CH2 H2C — CHBr e H3C — CH2Br b. CHBr BrHC — CHBr e BrCH2 — CH2Br c. BrHC2 — CH2 — CH2Br e BrCH2 — CH2Br d. BrCH2 — CH2 — CH2Br e H3C — CH2Br e. BrCH2 — CH2 — CH3 e H3C — CH2Br 369. Os ciclanos com 3 e 4 carbonos apresentam alta ou baixa tensão angular? Que tipo de reação eles costumam sofrer? 370. Os ciclanos com 5 e 6 carbonos apresentam alta ou baixa tensão angular? Que tipo de reação eles costumam sofrer? 371. PUC-RJ C7-H24 O brometo de ciclopentila pode ser obtido pela reação de a. pentano + HBr. b. ciclopentano + Br2. c. ciclopentano + HBr. d. brometo de ciclopropila + CH3 — CH2 — Br. e. brometo de ciclobutila + CH3 — Br. 372. Fuvest-SP Cicloalcanos sofrem reação de bromação, conforme mos- trado a seguir. I. CH2 + Br2 H2C — CH2 — CH2CH2H2C BrCiclopropano Br II. CH2 + Br2 CH2 — CH2 — CH2 — CH2 + H2C CH2H2C Br ∆ Ciclobutano Br C — Br + HBr+ H2C CH2H2C III. + Br2 + HBr Br HCH2 CH2H2C CH2 Ciclopentano H2C ∆ CH2 CH2C CH2H2C a. Considerando-se os produtos formados em I, II e III, o que se pode afirmar a respeito da estabilidade relativa dos anéis com três, quatro e cinco átomos de carbo- no? Justifique sua resposta. b. Dê o nome de um dos compostos orgânicos formados nessas reações. 373. Escreva a fórmula estrutural do produto obtido na reação (caso ela aconteça) do ciclopropano com a. H2 b. Br2 c. HBr 374. Cesgranrio-RJ C7-H24 Assinale, entre os ciclanos citados, aquele que, em uma reação de adição com Br2 nas condições adequadas, produzi- rá 1,3-dibromobutano. a. metil-ciclopropano b. metil-ciclobutano c. etil-ciclopropano d. metil-propano e. ciclobutano 375. Fuvest-SP Duas substâncias diferentes têm fórmula molecular C6H12. Uma delas, quando submetida a atmosfera de hidrogênio, na presença de um catalisador, reage com o gás, e a outra, não. a. Qual é a razão dessa diferença de comportamento? b. Escreva uma fórmula estrutural possível para cada uma dessas substâncias. 376. UFPel-RS Os recursos hídricos podem ser considerados sob três aspectos distintos: como elemento físico da natureza, como ambiente para a vida e como fator indispensável à vida na Terra. A água usada no abastecimento de comuni- dades humanas requer padrões de qualidade. Assim, ela não deve apresentar sabor, odor e aparência desagradá- veis, bem como não deve conter substâncias nocivas e micro-organismos patogênicos. O tratamento convencional para obtenção de água potá- vel utiliza métodos tais como aeração, pré-cloração, carvão ativado e outros, a fim de remover substâncias que causam odor e sabor nos suprimentos públicos de água, decorrentes de atividade industrial, esgotos domésticos, gases dissol- vidos, matéria mineral dissolvida e algas. Assim, nas águas com ferro (+2) e manganês (+2), formam-se óxidos amarron- zados que alteram a cor e o sabor dessas águas, enquanto que o gás sulfídrico (sulfeto de hidrogênio) lhes altera o sabor e o odor. Substâncias orgânicas, como, por exemplo, os com- postos 2-trans-6-cis-nonadienal e 3-cis-hexenol, produzidos por algas, em níveis muito baixos (nanograma/L), causam al- terações no sabor e no odor. Sobre a estrutura dos compostos orgânicos, é correto afirmar que a. somente o álcool apresenta isômero geométrico, porque tem, na sua estrutura, uma insaturação e os quatro ligantes são diferentes em cada carbono des- sa insaturação. b. somente o aldeído apresenta isômeros geométricos, porque tem, na sua estrutura, duas insaturações e ligan- tes diferentes em cada carbono dessas insaturações. c. ambos apresentam isômeros ópticos, porque têm, na estrutura, um carbono assimétrico. d. ambos apresentam isômeros geométricos, porque têm, na estrutura, uma dupla-ligação e ligantes dife- rentes em cada carbono da insaturação. e. ambas são substâncias opticamente ativas, porque têm, na estrutura, um centro de assimetria. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 8 PV 2D -1 7- 70 377. UFU-MG Quando se faz a monocloração do metilciclopropano, ob- têm-se seis isômeros: CH3 + C2 uv 6 isômeros monoclorados + HC a. Represente as estruturas de três desses isômeros. b. Escreva os nomes de dois isômeros representados. 378. FGV-SP Hidrocarbonetos de fórmula geral CnH2n podem ser dife- renciados pelo teste de Bayer. Tal teste consiste na reação desses hidrocarbonetos com solução neutra diluída de per- manganato de potássio – KMnO4 – que possui coloração vio- leta. Só haverá descoramento da solução se o hidrocarboneto for insaturado. Considere hidrocarbonetos contendo 5 áto- mos de carbono, que se enquadrem na fórmula geral CnH2n. a. Indique a fórmula estrutural de um hidrocarboneto com cadeia normal que reage positivamente ao teste de Baeyer. Justifique sua resposta. b. Dentre os hidrocarbonetos que não reagem ao teste, um apresenta isomeria geométrica e outropossui ape- nas carbonos secundários. Cite seus nomes oficiais. 379. PUC-SP Assinale entre os processos abaixo o que não é uma rea- ção de adição. a. Ciclobuteno + cloreto de hidrogênio b. Metilpropeno + água c. Pentano + cloro d. Etino + brometo de hidrogênio e. Butadieno-1,3 + cloro 380. UEG-GO Os compostos orgânicos estão presentes em todos os pro- cessos do nosso cotidiano e, por meio das reações químicas, vários outros compostos são produzidos. Analise as seguintes reações químicas, indicando se elas são verdadeiras ou falsas: a. A obtenção de energia a partir de derivados do petró- leo é feita por meio de uma reação denominada com- bustão. A queima completa de 29 g de butano, utiliza- do como gás de cozinha, produz 11,2 litros de CO2, nas condições normais. Dados: C = 12 u e H = 1 u b. O cicloexano, em sua conformação “cadeira”, sofre halogenação por meio de reações de adição, por ser esta a forma mais estável, de acordo com a equação a seguir: + H2C — (CH2)4 — CH2 + C2 C C c. A nitração do tolueno ocorre segundo o mecanismo de substituição eletrofílica, produzindo o m-nitrotolueno, pois o grupo nitro é desativante e metadirigente. Veja o gabarito desses exercícios propostos na página 306. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 29 9 PV 2D -1 7- 70 Módulo 20 Reações de eliminação e esterificação EXERCÍCIOS PROPOSTOS RO TE IR O DE E ST UD OS Leia com atenção Capítulo 5 – Tópicos 2, 2.A, 2.B, 2.C e 2.D Ex er cí ci os Série branca 381 382 383 384 387 388 389 390 Série amarela 384 385 386 388 391 392 393 394 Série roxa 390 392 393 394 396 397 398 399 Foco Enem 381 384 385 387 388 391 393 394 Está correto o que se afirma em a. I e II, apenas. b. I e III, apenas. c. II e III, apenas. d. I, II e III, apenas. e. I, II, III e IV. 383. PUC-RJ A esterificação representada consiste na reação entre um ácido carboxílico e um álcool, catalisada por um ácido inorgâ- nico, produzindo uma substância orgânica e água. O produto orgânico dessa reação (X) é um flavorizante que possui aro- ma característico de morango. O A B OH H2OOH + +H + X Sobre essa reação e as substâncias que a compõem, faça o que se pede. a. Represente a estrutura química do produto orgânico X utilizando notação em bastão. b. Represente a estrutura química de um isômero de fun- ção do reagente B utilizando notação em bastão. c. Dê a nomenclatura do reagente B, segundo as regras da IUPAC. 384. VUNESP C7-H24 O “éter sulfúrico” é obtido industrialmente pela desidrata- ção do etanol, em presença de H2SO4. A mesma reação, ocor- rendo em temperaturas mais elevadas, produz o alceno corres- pondente. O éter e o alceno têm, respectivamente, as fórmulas a. H3C — CH2 — O — CH2 — CH3 e C2H4 b. H3C — O — CH3 e C2H4 c. H3C — C — CH3 e CH4 O d. H3C — C e C2H2 O H e. H3C — C e C6H6 O OH 385. Mackenzie-SP A seguir estão representadas as fórmulas estruturais de quatro compostos orgânicos. 381. Fatec-SP Dadas as reações: 1. 2 H3C — CH2OH H SO Co 2 4 140 → H3C — CH2 — O — CH2 — CH3 + + H2O 2. H3C — CH2OH H SO Co 2 4 170 → H2C = CH2 + H2O são feitas as seguintes afirmações. I. A reação I é uma desidratação intermolecular. II. O nome oficial do produto orgânico formado na reação I é o éster etoxietano. III. A reação II é uma desidratação intramolecular. IV. O principal produto formado na reação II é o alceno de menor massa molar. Está correto o que se afirma em a. I e II, apenas. b. II e III, apenas. c. I, III e IV, apenas. d. II, III e IV, apenas. e. I, II, III e IV. 382. FMP-RS A acne comum, que chamamos de espinhas, é causada por infecções das glândulas sebáceas. As bactérias Propionibacterium acnes normalmente ha- bitam a nossa pele, mas quando a produção do sebo aumenta na adolescência, elas se multiplicam mais rápido. Ao crescerem em número, seus subprodutos de metabolismo, a lesão celular que causam e pe- daços de bactérias mortas acabam causando uma inflamação e possibilitando a infecção por outras bactérias, como a Staphylococcus aureus. O nome da Propionibacterium acnes vem da sua capacidade de produzir um ácido carboxílico, o ácido propanoico (também chamado de propiônico), como subproduto de seu metabolismo. Não se conhece o papel desse ácido, se houver, na patologia da acne. Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Propionibacterium_ acnes>. Acesso em: 8 jul. 2013. Adaptado. Suponha que um adolescente que sofre de acne resolve passar etanol no rosto e que esse álcool reagirá com o ácido propanoico produzido pelas bactérias. Sobre essa reação de condensação, considere as afirmativas a seguir. I. Um dos produtos da reação terá uma ligação éster. II. Na reação haverá formação de água. III. O produto maior terá cinco carbonos. IV. A reação formará propanoato de etila. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 30 0 PV 2D -1 7- 70 OH A OH3C OH B H3C CH3 C CH3 H3C NH2 O D H3C CH3 A respeito desses compostos orgânicos, é correto afirmar que a. todos possuem cadeia carbônica aberta e homogênea. b. a reação entre A e B, em meio ácido, forma o éster butanoato de isobutila. c. B e D são isômeros de posição. d. o composto C tem caráter básico e é uma amina alifática secundária. e. sob as mesmas condições de temperatura e pressão, o composto D é o mais volátil. 386. VUNESP O terc-butilmetiléter, agente antidetonante da gasolina, pode ser obtido pela reação de condensação entre dois álcoois, em presença de ácido sulfúrico. Escreva a. a fórmula estrutural do éter; b. as fórmulas estruturais e os nomes oficiais dos álcoois que formam o éter por reação de condensação. 387. Fac. Albert Einstein-SP Os álcoois sofrem desidratação em meio de ácido sulfúrico concentrado. A desidratação pode ser intermolecular ou intra- molecular, dependendo da temperatura. As reações de desidratação do etanol na presença de ácido sulfúrico concentrado podem ser representadas pelas se- guintes equações. H — C — C — H C — C + H2O ∆H > 0 H O H H H H H H HH2SO4 (conc.) H3C — CH2 — OH + HO — CH2 — CH3 H2 H2 H3C — C — O — C — CH3 + H2O ∆H < 0 H2SO4 (conc.) Sobre a desidratação em ácido sulfúrico concentrado do propan-1-ol foram feitas algumas afirmações. I. A desidratação intramolecular forma o propeno. II. Em ambas as desidratações, o ácido sulfúrico concentrado age como desidratante. III. A formação do éter é favorecida em temperaturas mais altas, já o alceno é formado, preferencialmente, em temperaturas mais baixas. Estão corretas apenas as afirmações a. I e II. b. I e III. c. II e III. d. I, II e III. 388. ITA-SP C7-H24 Considere a equação que representa uma reação química não balanceada: CH3COOH + I CH3C CH3C O + II O O P2O5 A opção que contém as substâncias I e II que participam da reação em questão é a. I = CH3CH2OH, II = H2O b. I = CH3COONa, II = NaOH c. I = CH3COCℓ, II = HCℓ d. I = CH3COOH, II = H2O e. I = CH3ONH2, II = NH3 389. UFR-RJ Uma substância A foi submetida à desidratação intramolecular, resultando em uma substância B. Essa substância B sofre adição de cloreto de hidrogênio, formando o cloroetano. Pedem-se: a. as fórmulas estruturais das substâncias A e B; b. os nomes oficias (IUPAC) das substâncias A e B. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 30 1 PV 2D -1 7- 70 390. UFJF-MG Os terpenos são compostos orgânicos naturais, usa- dos na indústria de perfumes (essências), inseticidas e condimentos. O a-terpineol pertence à classe dos ter- penos e pode ser isolado do óleo essencial de lavanda. Com base na estrutura desse composto, representada a seguir, faça o que se pede. H3C C CH3 CH3 OH A desidratação de a-terpineol em meio ácido produz dois compostos isômeros de fórmula molecular C10H16. Represen- te as estruturas desses compostos e defina o tipo de isomeria que existe entre eles. 391. UCS-RS C7-H24 A utilização de feromônios é uma estratégia fundamental para a sobrevivênciada maioria dos insetos. Dentre os representantes desta classe, as abelhas constituem talvez um dos mais fascinan- tes exemplos de como esses mensageiros quími- cos podem ser utilizados não só para comunicação, mas também para moldar o comportamento dos indivíduos e controlar as atividades da colmeia. Os feromônios de alarme, por exemplo, são usados quando as abelhas sentem-se em perigo, especial- mente por ameaças em movimento. O mecanismo de alarme acontece em duas etapas. Primeiramen- te, as glândulas mandibulares liberam uma quan- tidade de feromônios que alertam o restante da colmeia; quando a abelha ataca, as glândulas do ferrão liberam uma quantidade ainda maior de fe- romônio, que incitam o restante da colmeia a ata- car a mesma região. Dentre as substâncias orgâni- cas presentes na mistura que constitui o feromônio de alerta estão o etanoato de butila e o butan-1-ol entre outros. Disponível em: <http://aspiracoesquimicas.net/2014/08/feromonios-e- a-quimica-das-abelhas.html/>. Acesso em: 20 ago. 2015. Adaptado. Em relação às substâncias orgânicas mencionadas no texto, assinale a alternativa correta. a. O etanoato de butila é um isômero funcional do butan-1-ol. b. O etanoato de butila pode ser obtido por meio da rea- ção de esterificação entre o butan-1-ol e o ácido eta- noico, catalisada por ácido sulfúrico concentrado. c. O butan-1-ol é um monoálcool de cadeia carbônica aberta, ramificada e heterogênea. d. O etanoato de butila é um éster que apresenta dois isômeros ópticos ativos. e. O produto principal da reação de oxidação do butan-1-ol com permanganato de potássio, na presença de ácido sulfúrico, é a butan-2-ona. 392. UFR-RJ A desidratação do 2-butanol é conseguida com o aque- cimento do álcool a 170 oC e na presença do ácido sulfúrico concentrado, formando, principalmente, uma substância que possui isomeria geométrica. a. Escreva a equação que representa a reação completa da desidratação do 2-butanol. b. Dê a fórmula estrutural da forma cis da substância produzida. 393. UFPR Um dos parâmetros que caracterizam a qualidade de manteigas industriais é o teor de ácidos carboxílicos presen- tes, o qual pode ser determinado de maneira indireta, a par- tir da reação desses ácidos com etanol, levando aos ésteres correspondentes. Uma amostra de manteiga foi submetida a essa análise e a porcentagem dos ésteres produzidos foi quantificada, estando o resultado ilustrado no diagrama a seguir. Composição de ésteres formados C8H16O2 C6H12O2 C14H28O2 C12H24O2 C10H20O2 O ácido carboxílico presente em maior quantidade na amostra analisada é o a. butanoico. b. octanoico. c. decanoico. d. dodecanoico. e. hexanoico. 394. C7-H24 Para obter anidrido propanoico, anidrido butanoico e anidrido propanoico-butanoico, é necessário desidratar uma mistura de a. ácido propiônico e ácido butírico. b. álcool propílico e álcool butílico. c. ácido propanoico e álcool butílico. d. ácido propanoico e butanoato de propila. e. ácido propanoico e ácido metilbutanoico. 395. UFRJ No esquema de síntese representado a seguir, o composto A é um álcool com quatro átomos de carbono em que a hidroxila está ligada ao carbono terciário. Esse álcool sofreu desidrata- ção gerando metilpropeno (B), que, por sua vez, sofreu adição de ácido bromídrico, gerando o composto C. Em seguida, obte- ve-se um monoalquil aromático (D) por meio de uma reação de Friedel-Crafts do composto C com benzeno. O composto D rea- giu com uma mistura de ácido nítrico e ácido sulfúrico, gerando como produtos principais dois isômeros, E e F. A B C D E Br H2SO4 HBr AC3 HNO3 C6H6 /H2SO4+ + F Escreva, usando a representação em bastão, as fórmulas dos compostos E e F e classifique o tipo de isomeria existente. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 30 2 PV 2D -1 7- 70 396. Fuvest-SP Um químico, pensando sobre quais produtos poderiam ser gerados pela desidratação do ácido 5-hidróxi-pentanoico, H2C — CH2 — CH2 — CH2 — C O OHOH imaginou que a. a desidratação intermolecular desse composto poderia gerar um éter ou um éster, ambos de cadeia aberta. Es- creva as fórmulas estruturais desses dois compostos. b. a desidratação intramolecular desse composto po- deria gerar um éster cíclico ou um ácido com cadeia carbônica insaturada. Escreva as fórmulas estruturais desses dois compostos. 397. UNIFESP O medicamento utilizado para o tratamento da gripe A (gripe suína) durante a pandemia em 2009 foi o fármaco an- tiviral fosfato de oseltamivir, comercializado com o nome Ta- miflu®. A figura representa a estrutura química do oseltamivir. O O O O HN H2N Uma das rotas de síntese do oseltamivir utiliza como rea- gente de partida o ácido siquímico. A primeira etapa dessa síntese é representada na equação: O HO OH CH3CH2OH X + Y+ OH OH a. Na estrutura do oseltamivir, identifique as funções or- gânicas que contêm o grupo carbonila. b. Apresente a estrutura do composto orgânico produzi- do na reação do ácido siquímico com o etanol. 398. Unisc-RS A síntese da substância 1 (óleo essencial de banana) é obtida através da reação clássica conhecida com esterificação de Fischer. H+ H3C + H2OO O H3C HO 1 OH + O Em relação à reação apresentada, podemos afirmar que a. os reagentes empregados são aldeído e éter. b. a reação não pode ser conduzida em meio ácido. c. o produto orgânico obtido é denominado de etanoato de isoamila. d. o álcool é denominado de acordo com a IUPAC, 2-metil butan-4-ol. e. os reagentes empregados são cetona e éster. 399. ITA-SP Considere a rota de síntese do 1-bromo-2-metil-2-propa- nol mostrada a seguir: H3C — C — CH2 — Br OH Br2 H2O YX CH3 H2SO4 50 °C a. Escreva a fórmula estrutural do composto orgânico X. b. Escreva a fórmula estrutural do composto orgânico Y. c. Escreva a fórmula estrutural do composto orgânico que seria formado se, em vez de água, o solvente utili- zado na última reação química fosse o metanol. 400. UERJ Muitos produtos, como balas e chicletes, contêm no rótu- lo a informação de que possuem flavorizantes, substâncias que imitam sabor e odor de frutas. O etanoato de isobutila, flavorizante de morango, é uma delas. a. Escreva a fórmula estrutural do etanoato de isobutila e indique a função química a que pertence. b. Sabendo-se que o etanoato de isobutila pode ser obtido pela reação entre o ácido etanoico e um álcool, escreva a equação química correspondente à sua obtenção. Veja o gabarito desses exercícios propostos na página 306. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 30 3 PV 2D -1 7- 70 Módulo 21 Reações de oxidação em alcenos EXERCÍCIOS PROPOSTOS RO TE IR O DE E ST UD OS Leia com atenção Capítulo 5 – Tópicos 3, 3.A, 3.A.1, 3.A.2 e 3.A.3 Ex er cí ci os Série branca 401 402 403 404 405 406 407 408 Série amarela 404 407 408 409 411 412 413 414 Série roxa 411 412 413 414 415 417 419 420 Foco Enem 401 404 405 408 411 414 415 419 401. UFMG A ozonólise e posterior hidrólise, em presença de zinco do 2-metil-3-etil-2-penteno, produz a. cetona e aldeído. b. cetona, aldeído e álcool. c. somente cetonas. d. aldeído e álcool. e. cetona, aldeído e ácido carboxílico. 402. PUC-PR A reação de ozonólise dos alcenos produzirá moléculas de a. álcoois ou fenóis. b. cetonas ou aldeídos. c. cetonas ou ácidos carboxílicos. d. álcoois ou ácidos carboxílicos. e. diálcoois ou ácidos carboxílicos. 403. Unicap-PE (adaptado) Assinale, na coluna I, à(s) proposição(ões) correta(s) e, na coluna II, à(s) proposição(ões) errada(s). I – II 1 – 1. Ésteres e água são produzidos na reação entre áci- dos carboxílicos e álcoois. 2 – 2. A oxidação energética de um alqueno produz aldeí- dos e cetonas. 3 – 3. Alcanos sofrem substituição rapidamente ao entrar em contato com cloro gasoso. 4 – 4. Amidas podem ser produzidas a partir da reação entre amônia e um álcool. 404. Unicentro-PR C7-H24 Quando submetido a uma oxidação enérgica (KMnO4/ H2SO4),um composto orgânico fornece os produtos ácido eta- noico, gás carbônico e água. O reagente considerado é o a. propeno. b. 2-metil-2-buteno. c. 2-metil-1-buteno. d. 2-penteno. e. 2-buteno. 405. UPF-RS A ozonólise de um alceno levou à formação de dois compos- tos: a butanona e o propanal. O alceno de partida deve ter sido o a. 3-hepteno. b. 3-metil-3-hexeno. c. 2-etil-2-hepteno. d. 2-buteno. e. cicloexeno. 406. Na oxidação enérgica do alqueno de menor massa mole- cular que apresenta isomeria geométrica, determine qual é o único produto orgânico formado. 407. FCC-SP Quando se oxidam alcenos de fórmula geral H R — C — C — R R De modo a haver a ruptura da dupla-ligação, obtêm-se moléculas de ácidos carboxílicos e de a. aldeídos. b. cetonas. c. ésteres. d. éteres. e. hidrocarbonetos. 408. PUC-SP C4-H24 A ozonólise é uma reação de oxidação de alcenos, em que o agente oxidante é o gás ozônio. Essa reação ocorre na presença de água e zinco metálico, como indica o exemplo: 3H2O + H C3 CH C CH3 CH3 + O Zn H C3 C O H + H C3 C CH3 + H O2 2 O Zn Considere a ozonólise, em presença de zinco e água, do dieno representado a seguir: H2O + H C3 CH CH C CH3 CH3 CH3 CH — C — CH2 + O32 Zn Assinale a alternativa que apresenta os compostos orgâ- nicos formados durante essa reação. a. Metilpropanal, metanal, propanona e etanal b. Metilpropanona, metano e 2,4-pentanodiona c. Metilpropanol, metanol e ácido 2,4-pentanodioico d. Metilpropanal, ácido metanoico e 2,4-pentanodiol e. Metilpropanal, metanal e 2,4-pentanodiona. LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 30 4 PV 2D -1 7- 70 409. VUNESP O ozônio (O3) reage com um alceno, formando um com- posto X, que, por sua vez, reage com água, resultando em dois produtos orgânicos, segundo as reações do esquema a seguir. R’ R — C — C — R + O3 X H X + H2O R — C + R — C — R' + H2O2 O O H a. Escreva as fórmulas estruturais dos dois produtos or- gânicos finais quando o alceno é 2-metilbuteno. b. Identifique as funções orgânicas dos dois produtos finais da reação. 410. Determine as fórmulas estruturais dos alcenos C6H12, que, por oxidação, fornecem a. somente acetona; b. ácido acético e ácido 2-metilpropanoico. 411. PUC-SP C7-H24 Observe alguns exemplos de oxidações enérgicas de al- cenos e cicloalcanos na presença de KMnO4 em meio de ácido sulfúrico a quente. KMnO4, H2SO4(aq) a quente HOOC COOH CH2 — CH — CH3 CO2 + H2O + CH3 — C KMnO4, H2SO4(aq) a quente O OH CH2 — C CO2 + H2O + CH3 — C — CH3 KMnO4, H2SO4(aq) a quente OCH3 CH3 As amostras X, Y e Z são formadas por substâncias puras de fórmula C5H10. Utilizando-se KMnO4 em meio de ácido sul- fúrico a quente, foi realizada a oxidação enérgica de alíquotas de cada amostra. A substância X formou o ácido pentanodioi- co, a substância Y gerou o ácido acético e a propanona, en- quanto que a substância Z produziu gás carbônico, água e áci- do butanoico. As amostras X, Y e Z contêm, respectivamente, a. ciclopentano, metilbut-2-eno e pent-1-eno. b. pent-1-eno, pent-2-eno e 2-metilbut-1-eno. c. ciclopentano, 2-metilbut-1-eno e metilbut-2-eno. d. pent-2-eno, ciclopentano e pent-1-eno. e. pentano, metilbutano e dimetilpropano. 412. UFES Dois compostos, A e B, apresentam a mesma fórmula mo- lecular: C6H12. Quando A e B são submetidos, separadamente, à reação com KMnO4, em solução ácida e quente, o composto A produz CO2 e ácido pentanoico, enquanto o composto B pro- duz somente ácido propanoico. Dê as fórmulas estruturais e os nomes, de acordo com as normas oficiais (IUPAC), para os compostos A e B. 413. Fuvest-SP A reação de um alceno com ozônio, seguida da reação do produto formado com água, produz aldeídos ou cetonas ou misturas desses compostos. Porém, na presença de excesso de peróxido de hidrogênio, os aldeídos são oxidados a ácidos carboxílicos ou a CO2, dependendo da posição da dupla-liga- ção na molécula do alceno. CH3CH = CH2 → CH3COOH + CO2 CH3CH = CHCH3 → 2 CH3COOH Determinado hidrocarboneto insaturado foi submetido ao tratamento descrito, formando-se os produtos seguintes, na proporção, em mols, de 1 para 1 para 1: HOOCCH2CH2CH2COOH; CO2; ácido propanoico. a. Escreva a fórmula estrutural do hidrocarboneto insa- turado que originou os três produtos mostrados. b. Dentre os isômeros de cadeia aberta de fórmula mo- lecular C4H8, mostre os que não podem ser distingui- dos, um do outro, pelo tratamento descrito. Justifi- que sua resposta. 414. Mackenzie-SP C7-H24 Os alcenos podem sofrer reações de oxidação branda ou enérgica, dependendo das condições do meio reacional. A oxidação branda ocorre em presença de um agente oxi- dante, geralmente KMnO4, em solução aquosa diluída, neutra ou levemente alcalina, e leva à formação de um diol. Já a oxidação enérgica do alceno ocorre em presença de uma solução concentrada do agente oxidante, aqueci- da e ácida, e leva à formação de ácidos carboxílicos e/ou cetonas. Ciente dessas informações, um técnico quími- co realizou uma reação de oxidação enérgica para duas amostras de diferentes alcenos, A e B, e obteve os seguin- tes resultados: Reagentes Produtos Alceno A 2 mols de ácido acético Alceno B 1 mol de acetona e 1 mol de ácido propanoico De acordo com essas informações, os alcenos A e B são, respectivamente, a. eteno e 2-metil-pent-1-eno. b. but-1-eno e hex-2-eno. c. eteno e pent-2-eno. d. but-2-eno e 2-metil-hex-2-eno. e. but-2-eno e 2-metil-pent-2-eno. 415. Sobre um composto orgânico, sabe-se que I. apresenta estereoisomeria cis-trans; II. fornece como produto da oxidação branda, KMnO4/OH–(aq), o 3-metilpentan-2,3-diol. Esse composto orgânico é a. 2-metilpent-1-eno b. 3-metil-pent-2-eno c. 4-metilpent-1-eno d. 2,3-dimetilbut-2-eno e. 2-metil-hex-2-eno LI VR O DO P RO FE SS OR CA P. 5 QU ÍM IC A 13 3 30 5 PV 2D -1 7- 70 416. UFRJ Em algumas usinas, o lixo orgânico é transformado em uma mistura de gases composta por monóxido de carbono e hidrogênio (CO + H2) em diferentes proporções. Essa mistura, chamada gás de síntese, pode ser utilizada para preparar um grande número de substâncias úteis. Por exemplo, a mistura de CO e H2 pode reagir com pro- peno produzindo dois aldeídos, A e B, ambos com 4 átomos de carbono: o aldeído A apresenta ponto de ebulição igual a 63 oC, e o B apresenta temperatura de ebulição igual a 75 oC. O aldeído B pode ser oxidado com oxigênio, fornecendo o produto C, ou pode ser reduzido com hidrogênio, fornecendo o produto D. Os dois produtos, C e D, por sua vez, podem reagir entre si, fornecendo o composto E e água, segundo o esquema: CO + H2 + propeno A B + E + H2O C D H2 O2 a. Dê o nome do aldeído B e justifique a diferença entre as temperaturas de ebulição dos aldeídos A e B. b. Escreva a equação da obtenção de C. 417. UEG-GO 1) O3 2) Zn, H2O A + B A figura mostra a reação de ozonólise de um alceno, a qual leva à formação de dois compostos distintos. a. Forneça a nomenclatura do reagente. b. Forneça a fórmula estrutural plana dos compostos formados. 418. UFC-CE O glutaraldeído (I) é um desinfetante bactericida muito efetivo contra bactérias gram-positivas e gram-negativas. Também é efetivo contra Mycobacterium tuberculosis, alguns fungos e vírus, inclusive contra o vírus da hepatite B e o HIV. Considerando esta sequência reacional, responda aos itens a seguir. A + H2 B A O O ozonólise Ni a. Considerando que a fórmula molecular de A é C5H8, que este composto forma o glutaraldeído (I) por ozonólise e que adiciona 1 mol de H2 para formar o composto B, represente as estruturas moleculares dos compostos A e B. b. Indique a classe de reação química envolvida na for- mação do composto B. 419. UDESC Duas substâncias isômeras, de fórmula C6H12, foram oxi- dadas. A primeira produziu uma molécula de gás carbônico e uma molécula de ácido isopropil-acético. A segunda deu origem a duas moléculas de propanona. A alternativa que apresenta o nome das duas substânciasisômeras, respecti- vamente, é a. 1-metil-4-penteno e 2,3-dimetil-1-buteno. b. 1-hexeno e 2-hexeno. c. 4-metil-1-penteno e 3,3-dimetil-1-buteno. d. 4-metil-1-penteno e 2,3-dimetil-2-buteno. e. 2-hexeno e 3-hexeno. 420. UFPE O 2,3-dimetil-2-buteno sofre ozonólise produzindo um único produto com rendimento de 79,3%. Calcule a massa do produto obtido a partir da ozonólise de 0,5 mol do 2,3-dimetil- 2-buteno. Indique o inteiro mais próximo. Dados: H = 1; C = 12; O = 16 Veja o gabarito desses exercícios propostos na página 308. LI VR O DO P RO FE SS OR QU ÍM IC A 13 3 30 6 PV 2D -1 7- 70 GA B. Gabarito dos Exercícios Propostos QUÍMICA 133 Módulo 19 361. C 362. C 363. D 364. D 365. Os cicloalcanos pequenos são relativamente instá- veis. Em razão da grande tensão existente entre as ligações, quebram-se com mais facilidade, e o hidrogênio consegue ser adicionado em temperaturas mais baixas. Com o aumen- to de tamanho, os cicloalcanos tornam-se mais estáveis, a tensão entre as ligações é menor, e a hidrogeneração torna- -se mais difícil, exigindo temperaturas mais altas para que essa reação ocorra. 366. A 367. Ciclopropano < Ciclobutano < Ciclopentano Reatividade Estabilidade 368. E 369. Alta tensão. Sofrem reações de adição. 370. Baixa tensão. Sofrem reações de substituição. 371. B 372. a. Estabilidade cresce na ordem: anel com 3 C < anel com 4 C < anel com 5 C. Nessa ordem, o ângulo de ligação vai se aproximando do valor mais estável (109o28’). Tal fato é comprovado pelas reações dadas. b. I. 1,3-dibromopropano II. 1,4-dibromobutano e bromociclobutano III. bromociclopentano 373. a. + H2 b. + Br2 Br Br c. Br+ HBr 374. A 375. a. CnH2n corresponde à fórmula geral dos alcenos e dos ciclanos. Os alcenos reagem com H2, sofrendo rea- ção de adição. Os ciclanos (principalmente os de 6 carbonos) não reagem. b. CH3 — CH2 — CH = CH — CH2 — CH3 (Hex-3-eno) (Cicloexano) 376. D 377. a. CH2C Clorometilciclopropano 1-cloro-1-metilciclopropano H3C C b. Cis-1-cloro-2-metilciclo- propano-d Cis-1-cloro-2-metilciclo- propano-I CH3 CH H H H C C C CH3 C H H H H C C C Trans-1-cloro-2-metilciclo- propano-d Trans-1-cloro-2-metilciclo- propano-I CH3 CH H C H H C C CH3 CH HC H H C C 378. a. CH2 = CH — CH2 — CH2 — CH3 ou CH3 — CH = CH — CH2 — CH3 O teste é de uma oxidação branda, que somente ocorre quando há duplas-ligações presentes. b. 1,2-dimetil-ciclopropano ciclopentano 379. C 380. a. Falso. b. Falso. c. Falso. Módulo 20 381. C 382. E 383. a. Teremos: O O Composto X b. O O O c. 2-metil-propan-1-ol 384. A 385. E 386. a. CH3 CH3CH2 CH3 CH3 O b. 2-metilpropan-2-ol CH3 CH2 CH3 CH3 OH metanol HO CH3 LI VR O DO P RO FE SS OR QU ÍM IC A 13 3 30 7 PV 2D -1 7- 70 GA B. 387. A 388. D 389. a. A: CH3 — CH2OH B: CH2 = CH2 b. A: Etanol B: Eteno 390. Estrutura 1 H3C C CH3 CH2 Estrutura 2 C H3C CH3 CH3 391. B 392. a. CH3 CH CH CH3 CH3 CH CH CH3 + H2O OH H 170 °C H2SO4 b. CC H CH3H3C H 393. E 394. A 395. E NO2 NO2 F E e F são isômeros de posição. 396. a. C — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — O — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — O O OH O HO HO — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — C O — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — C O OH O b. H2C CH2 H2C C — O H2C O H2C — CH — CH2 — CH2 — C OH O 397. a. Éster Amida b. Composto orgânico CH2 CH3O O C OH OH HO 398. C LI VR O DO P RO FE SS OR QU ÍM IC A 13 3 30 8 PV 2D -1 7- 70 GA B. 399. a. CH3 C OH CH3H3C b. C CH3 CH2H3C c. CH3 C OCH3 Br CH2H3C 400. a. A fórmula estrutural do etanoato de isobutila é: CH3 CH3 O CH3 — C O — CH2 — CH Esse composto pertence à função química éster. b. CH3 O CH3 — C + HO — CH2 — CH — CH3 Álcool OH CH3 O CH3 — C O — CH2 — CH — CH3 Módulo 21 401. C 402. B 403. 1 – 1. 2 – 2 . 3 – 3 . 4 – 4 . 404. A 405. B 406. Ácido etanoico 2 H3C — C OH O 407. B 408. E 409. a. CH3 — C — CH3 + CH3 — C OO H b. Cetona e aldeído 410. a. H3C — C — C — CH3 CH3 CH3 b. CH3 CH3 — CH — CH — C — CH3 H 411. A 412. A: CH2 = CH — CH2 — CH2 — CH2 — CH3 1-hexeno (hex-1-eno) B: H3C — CH2 — CH = CH — CH2 — CH3 3-hexeno (hex-3-eno) 413. a. H2C = CH — C — C — C — CH = CH — CH2 — CH3 H2 H2 H2 1,6-nonadieno b. Cis-but-2-eno e trans-but-2-eno produzem ácido etanoico 414. E 415. B 416. a. Aldeídos com 4 átomos de carbono: isobutanal (me- til-propanal) e butanal. Entre os dois aldeídos com 4 átomos de carbono, aquele que apresenta ramificação em sua estrutura tem a menor temperatura de ebulição. Logo, o aldeí- do B é o butanal. b. + O2 O H O OH 1 2 417. a. 2,5-dimetil-oct-3-eno b. O O H H e 418. a. Composto A Composto B b. Hidrogenação catalítica 419. D 420. 46 g LI VR O DO P RO FE SS OR
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