Questão 5 de Química orgânica estilo IME resolvida

Enunciado

Um poliéster linear é obtido exclusivamente de HOCH2CH2OH e HOOC–C6H4–COOH, com as carboxilas em posições 1 e 4 do anel aromático. A amostra analisada contém cadeias abertas com 100 moléculas do diol e 100 moléculas do diácido por cadeia, sem ciclos, ramificações ou reações laterais. Cada cadeia possui uma extremidade OH e uma extremidade COOH. Todas as ligações entre monômeros são ésteres. a) Escreva uma unidade constitucional repetitiva do polímero e sua fórmula molecular. Determine o número de moléculas de água liberadas na formação de uma cadeia e a massa molar dessa cadeia. b) A hidrólise completa de 0,100 mol dessas cadeias é realizada em excesso de NaOH. Apresente os produtos orgânicos e calcule a quantidade mínima de NaOH consumida, incluindo a neutralização da carboxila terminal. c) Indique se o diácido apresenta isomeria geométrica cis-trans em seu anel aromático. Justifique e represente, por posições no anel, seus dois outros isômeros de posição. Use C = 12,00, H = 1,00, O = 16,00 g/mol; massa molar do diol = 62,00 g/mol e do diácido = 166,00 g/mol.

Resolução comentada

Resposta: a) [–OCH2CH2O–C(=O)–C6H4–C(=O)–], C10H8O4; 199 H2O por cadeia; massa molar 19218 g/mol. b) 10,0 mol de etilenoglicol e 10,0 mol de benzeno-1,4-dicarboxilato de dissódio; consumo 20,0 mol de NaOH. c) Não; os outros isômeros têm carboxilas nas posições 1,2 e 1,3.

A unidade repetitiva contém um fragmento de cada monômero com perda de duas águas: C2H6O2 + C8H6O4 − 2H2O = C10H8O4. Sua massa é 192 g/mol. Uma cadeia aberta com 200 monômeros tem 199 conexões, cada uma gerando uma água. Portanto, M = 100(62+166)−199(18)=19218 g/mol. Também se pode calcular 100(192)+18, correspondendo à correção das extremidades; usar simplesmente 100(192) omite essa água. A cadeia contém 199 grupos éster e uma carboxila livre. A hidrólise básica de cada éster consome um OH− e gera álcool e carboxilato; a carboxila terminal consome mais um OH− por neutralização. Assim, são 200 NaOH por cadeia, ou 20,0 mol para 0,100 mol de cadeias. Cada cadeia regenera 100 moléculas de HOCH2CH2OH e 100 íons −OOC–C6H4–COO−, acompanhados por dois Na+ por diânion. Os produtos são etilenoglicol e benzeno-1,4-dicarboxilato de dissódio. O anel benzênico é plano e não define duas configurações cis-trans para esses substituintes. As posições relativas dos grupos caracterizam isomeria de posição: orto (1,2), meta (1,3) e para (1,4). As duplas desenhadas em uma forma de Kekulé não devem ser tratadas como alcenos independentes para contar configurações geométricas.