Questão Q05 da 2ª fase da FUVEST 2018

3º dia · Química

O pineno é um composto insaturado volátil que existe sob a forma de dois isômeros, o alfa-pineno e o beta-pineno.

Fórmulas estruturais em bastão dos dois isômeros, identificados como alfa-pineno e beta-pineno. Ambos apresentam uma estrutura bicíclica com dois grupos metila ligados ao mesmo carbono. No alfa-pineno, a dupla ligação está no anel, e há um grupo metila ligado a um dos carbonos dessa dupla. No beta-pineno, a dupla ligação é externa ao anel, com um grupo metileno.

Em um laboratório, havia uma amostra de pineno, mas sem que se soubesse se o composto era o alfa-pineno ou o beta-pineno. Para resolver esse problema, um químico decidiu tratar a amostra com ozônio, pois a posição de duplas ligações em alcenos pode ser determinada pela análise dos produtos de reação desses alcenos com ozônio, como exemplificado nas reações para os isômeros de posição do 3-metil-octeno.

Três reações representadas por fórmulas estruturais em bastão, cada uma com uma seta para a direita e O₃ sobre a seta. Na primeira, o 3-metil-1-octeno forma 2-metil-heptanal e metanal. Na segunda, o 3-metil-2-octeno forma heptan-2-ona e etanal. Na terceira, o 3-metil-3-octeno forma pentanal e butan-2-ona. Os produtos de cada reação estão separados por um sinal de adição; os átomos de oxigênio das carbonilas e os hidrogênios dos grupos aldeído são mostrados explicitamente.

O químico observou então que a ozonólise da amostra de pineno resultou em apenas um composto como produto.

a) Esclareça se a amostra que havia no laboratório era do alfa-pineno ou do beta-pineno. Explique seu raciocínio.

b) Mostre a fórmula estrutural do composto formado.

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Resolução comentada

a) Na ozonólise, a dupla C=C é rompida e cada carbono da dupla passa a ter uma carbonila (C=O). Os exemplos do enunciado mostram isso: o 3-metil-1-octeno, com dupla terminal, dá dois produtos, um aldeído e o metanal.

Para o pineno, vale o mesmo raciocínio:

  • Beta-pineno: a dupla é externa ao anel, com um grupo =\text{CH}_2. A quebra libera esse carbono como metanal (\ce{H2C=O}), e o restante da molécula vira uma cetona bicíclica. Seriam dois produtos.
  • Alfa-pineno: a dupla está dentro do anel de seis átomos. Ao romper a dupla, o anel se abre, mas os dois carbonos continuam ligados ao resto da molécula. Forma-se um único composto, com duas carbonilas, uma cetona e um aldeído.

Como o químico obteve apenas um produto, a amostra era de alfa-pineno.

b) Os carbonos da dupla do alfa-pineno são:

  • o carbono que tem o \text{CH}_3, ligado a um carbono da ponte, que vira cetona (-\text{C(=O)CH}_3);
  • o carbono =\text{CH}-, ligado ao \text{CH}_2, que vira aldeído (-\text{CH}_2-\text{CHO}).

O que sobra do esqueleto é um anel de quatro átomos (ciclobutano). Esse anel mantém o carbono com os dois grupos metila (gem-dimetila). Os dois substituintes ficam em carbonos vizinhos ao carbono gem-dimetilado, em posições 1,3 entre si.

O produto é o pinonaldeído, de fórmula \ce{C10H16O2}, o 2-(3-acetil-2,2-dimetilciclobutil)etanal:

\text{CH}_3\text{C(=O)}-\text{CH(anel)}-\text{CH}_2-\text{CH(anel)}(-\text{CH}_2\text{CHO})-\text{C(CH}_3)_2-(\text{fecha o anel})

Em SMILES: \text{CC(=O)C1CC(CC=O)C1(C)C}.

O anel de quatro membros tem os carbonos \text{C}_a (com o acetil), \text{CH}_2, \text{C}_b (com o -\text{CH}_2\text{CHO}) e \text{C(CH}_3)_2, nessa sequência.

Fórmula estrutural: ciclobutano com um grupo acetil, um grupo -\text{CH}_2\text{CHO} e dois grupos metila no mesmo carbono (pinonaldeído).

Assuntos: ozonólise de alcenos, isomeria de posição, funções orgânicas oxigenadas.

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