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Questão 3 (Química) da 2ª fase do ITA 2027

Química · Química: Reações de adição e eliminação

Texto-base das questões 01 a 10 · Química

Constantes

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}

Constante de Faraday (\text{F}) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}

Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}

Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}

Número de Euler (\text{e}) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}

Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\cdot\text{s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}

Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}, equivalente a um volume de um gás ideal de 22{,}4\ \text{L}.

Condições ambiente: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}

Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.

(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias. u.m.a. = unidade de massa atômica. [X] = concentração da espécie química X em \text{mol}\ \text{L}^{-1}.

\begin{matrix} \ln\text{X} = 2{,}3\log\text{X} & \ln 2 = 0{,}693 & \ln 5 = 1{,}609 & \sqrt{3} = 1{,}73 \\ \log 2 = 0{,}301 & \ln 3 = 1{,}099 & \text{e}^{-0{,}3465} = 0{,}707 & \sqrt{5} = 2{,}24 \end{matrix}

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H 1 1,01
B 5 10,80
C 6 12,01
N 7 14,01
O 8 16,00
F 9 19,00
Na 11 22,99
Si 14 28,09
S 16 32,06
C\ell 17 35,45
K 19 39,10
Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})
Ca 20 40,08
Cr 24 52,00
Fe 26 55,85
Ni 28 58,69
Cu 29 63,55
Nb 41 92,91
Ag 47 107,87
Pt 78 195,08
Au 79 196,97
Hg 80 200,59
Bi 83 208,98

Considere as reações químicas a seguir:

Esquema de quatro reações químicas sucessivas: a primeira mostra o 2-metilbutan-2-ol reagindo com H₂SO₄ sob aquecimento (Δ) para formar o produto X + H₂O; a segunda mostra a reação de X com HBr produzindo Z; a terceira mostra a reação de X com HBr na presença de peróxido (H₂O₂) produzindo G; a quarta mostra a reação de X com KMnO₄ (diluído) / OH⁻ a frio produzindo J.

Escreva a estrutura química para os seguintes produtos:

a) X;

b) Z;

c) G;

d) J.

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Resolução comentada

a) A desidratação intramolecular de álcool com \ce{H2SO4} e aquecimento é uma eliminação (E1, via carbocátion terciário). Pela regra de Zaitsev, forma-se o alceno mais substituído. O 2-metilbutan-2-ol tem hidrogênios nos carbonos vizinhos ao C-2, o CH_3 e o CH_2. A perda do H do CH_2 dá o alceno trissubstituído, que é o produto majoritário.

\ce{(CH3)2C=CH-CH3}

X é o 2-metilbut-2-eno, \ce{(CH3)2C=CHCH3}.

b) A adição de HBr sem peróxido é eletrofílica e segue a regra de Markovnikov. O H vai para o carbono da dupla com mais hidrogênios (C-3), e o Br fica no carbono mais substituído (C-2), que forma o carbocátion terciário, mais estável.

\ce{(CH3)2CBr-CH2-CH3}

Z é o 2-bromo-2-metilbutano, \ce{(CH3)2CBrCH2CH3}.

c) Com peróxido, a adição de HBr ocorre por mecanismo radicalar (efeito Kharasch), com orientação anti-Markovnikov. O radical \ce{Br\cdot} ataca primeiro o carbono menos substituído (C-3) e gera o radical terciário em C-2, mais estável. O H é então transferido para C-2, e o Br fica em C-3.

\ce{(CH3)2CH-CHBr-CH3}

G é o 2-bromo-3-metilbutano, \ce{(CH3)2CHCHBrCH3}. O nome correto pela IUPAC é 2-bromo-3-metilbutano, com a numeração que dá o menor localizador ao Br.

d) \ce{KMnO4} diluído, em meio básico e a frio (reagente de Baeyer), faz a hidroxilação branda da dupla. Ocorre adição syn de duas hidroxilas, sem quebrar a ligação C–C, e o produto é um diol vicinal.

\ce{(CH3)2C(OH)-CH(OH)-CH3}

J é o 2-metilbutano-2,3-diol, \ce{(CH3)2C(OH)CH(OH)CH3}.

Assunto: Reações de adição e eliminação.

Resultado conferido com as resoluções dos cursinhos Farias Brito e Poliedro.

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Fonte: ITA 2ª fase 2027 · Química. Prova oficial ↗