Dar as estruturas dos produtos de desidroalogenação (Considerar possíveis rearranjos):
1-bromo-4-metilpentano
Passo 1
O enunciado pede: “Dar as estruturas dos produtos de desidrohalogenação (considerar possíveis rearranjos) de \text{1-bromo-4-metilpentano}.”
Informações dadas (condensadas): a molécula de partida é \text{Br-CH}_2-CH_2-CH_2-CH(CH_3)-CH_3.
O que se pede: listar todas as estruturas (isômeros) que podem resultar da eliminação de HBr dessa molécula, incluindo produtos que surgem após rearranjos de carbocátion (se o mecanismo permitir).
Passo 2
Breve revisão didática (sem pular etapas) do que acontece na desidrohalogenação, para você saber como prever produtos na prova:
Quando um haleto de alquila perde HBr formam-se alcenos. Existem dois mecanismos principais:
E2 (eliminação bimolecular): ocorre com bases fortes; é uma única etapa concertada: base retira um hidrogênio β (adjacente ao carbono com o halogênio) ao mesmo tempo em que o grupo saiu. Não envolve carbocátion livre, portanto NÃO há rearranjo. O hidrogênio que pode ser removido precisa estar em carbono β ao carbono que tem o Br.
E1 (eliminação unimolecular): ocorre em condições de base fraca / solvente protético; primeiro o haleto sai formando um carbocátion, e depois ocorre desprotonação para formar o alceno. Como há carbocátion livre, ele pode sofrer rearranjos 1,2 (hidreto ou migração de grupo) para dar cátions mais estáveis; esses rearranjos geram alcenos diferentes do que sairia por E2.
Regra prática para prever produtos: os alcenos mais substituídos (mais estáveis) tendem a ser formados com maior facilidade (regra de Zaitsev), mas se o mecanismo for E2 e o único hidrogênio β possível está em uma posição, só esse produto aparece (salvo eliminações anti estereo específicas).
Stereoisomeria: alcenos internos (C=C que não é terminal) podem apresentar isômeros geométricos \text{E} e \text{Z} se cada carbono da dupla tiver dois substituintes diferentes.
Com isso em mente, vamos analisar a molécula passo a passo.
Passo 3
Identificar carbonos relevantes e hidrogênios β à partida do haleto:
Escrevendo a cadeia com numeração do carbono que tem o Br:
O bromo está em \text{C1}. O único carbono β diretamente adjacente a \text{C1} é \text{C2}. Portanto:
No mecanismo E2 (base forte), a base só pode retirar hidrogênio de \text{C2}, formando a dupla \text{C1}=\text{C2}. Esse produto é imediato e não envolve rearranjo.
Escrevendo o produto correspondente (eliminação direta, sem rearranjo):
Nome comum associado: \text{4-metilpent-1-eno} (dupla entre C1 e C2; terminal).
Passo 4
Analisar possibilidade de E1 + rearranjos (hidreto ou migração) — como se forma o carbocátion e como ele pode se rearranjar:
Em E1, primeiro sai \text{Br}^- e fica um carbocátion em \text{C1} (carbocátion primário). Carbocátions primários são instáveis; eles tendem a sofrer rearranjos 1,2 (hidreto preferencialmente, se isso gerar cátions mais estáveis) para atingir centros mais estáveis (secundário → terciário).
Possíveis 1,2-hidreto (H−) deslocamentos (cada deslocamento move a carga positiva para o átomo que perdeu o hidreto):
Saída do \text{Br}^- → carbocátion em \text{C1}^+.
1,2-hidreto de \text{C2} para \text{C1} → carbocátion agora em \text{C2}^+ (secundário).
Esse \text{C2}^+ pode, por sua vez, sofrer outro 1,2-hidreto de \text{C3} → carbocátion em \text{C3}^+ (secundário) e ainda outro 1,2-hidreto de \text{C4} → carbocátion em \text{C4}^+ (terciário). Cada deslocamento sucessivo torna a carga mais “para dentro” da cadeia e pode levar ao carbocátion terciário em \text{C4}, que é o mais estável nessa molécula.
Além do hidreto, poderiam ocorrer migrações de grupo (1,2-migração de metila) se isso produzir um cátion mais estável; no nosso caso, o caminho mais direto para um cátion estável é hidreto até alcançar \text{C4}^+.
Resultado prático: via E1 podem ocorrer carbocátions em \text{C1}^+ (inicial, improvável que dure), \text{C2}^+, \text{C3}^+ e \text{C4}^+ (terciário). Cada um desses pode levar, por desprotonação em carbono adjacente, a diferentes alcenos. Vamos enumerar os alcenos possíveis e explicar a origem de cada um.
Passo 5
Lista dos alcenos obtíveis sem rearranjo (E2) e com rearranjos (E1 com 1,2-hidreto(s)) — mostrarei a estrutura condensada e uma curta explicação da origem por carbocátion/rearranjo:
Alceno obtido por eliminação direta (E2 ou E1 sem deslocamento de carga):
\text{CH}_2=CH-CH_2-CH(CH_3)-CH_3
Explicação: retirada de H em \text{C2} quando o Br sai em \text{C1}. Nome (pela cadeia como dada): \text{4-metilpent-1-eno}. Este é o único produto possível por um E2 puro, porque só \text{C2} é β em relação a \text{C1}.
Alceno obtido após um 1,2-hidreto de \text{C2} (cátion em \text{C2}), seguido de desprotonação:
\text{CH}_3-CH=CH-CH(CH_3)-CH_3
Explicação: \text{C1}^+ → hidreto de \text{C2} desloca a carga para \text{C2}^+; desprotonação em \text{C3} gera a dupla \text{C2}=\text{C3}. Nome (pela cadeia original): \text{4-metilpent-2-eno}. Como é um alceno interno, ele pode existir como duas estereoformas geométricas:
Alceno obtido após dois 1,2-hidretos (cátion chega a \text{C3}^+), seguido de desprotonação:
\text{CH}_3-CH_2-CH=CH(CH_3)-CH_3
Explicação: sequência \text{C1}^+ \xrightarrow{H^-}\text{C2}^+ \xrightarrow{H^-}\text{C3}^+; então retirada de H de \text{C2} ou \text{C4} leva à dupla \text{C3}=\text{C4}. Usando a escrita direta: \text{CH}_3-CH_2-CH=CH(CH_3)-CH_3. Este alceno também é interno e admite isômeros geométricos \text{E} e \text{Z}. Nome pela cadeia dada: \text{4-metilpent-3-eno} (note que, se numerarmos para dar menor locante à dupla, pode aparecer outra forma de nomeação, mas estruturalmente é distinto do produto 2).
Alceno obtido se o carbocátion chega ao centro terciário \text{C4}^+ (vários hidretos migraram) e depois ocorre desprotonação em \text{C5} (terminal):
\text{CH}_3-CH_2-CH_2-C(CH_3)=CH_2
Explicação: \text{C1}^+ \xrightarrow{H^-}\text{C2}^+ \xrightarrow{H^-}\text{C3}^+ \xrightarrow{H^-}\text{C4}^+ (o último é terciário e bem estabilizado); desprotonação em \text{C5} dá dupla terminal \text{C4}=\text{C5}. Estruturalmente: \text{CH}_3-CH_2-CH_2-C(CH_3)=CH_2. Esse produto é diferente do produto (1) porque a posição do metil relativo à dupla é distinta — aqui a dupla é terminal no lado do C5 após um rearranjo que leva a um centro mais substituído.
Observação sobre probabilidade: produtos 2, 3 e 4 exigem sucessivos rearranjos de hidreto (1,2-hidreto). Cada deslocamento tem custo energético, então via E1 o produto majoritário tende a vir do cátion mais estável alcançável rapidamente (geralmente o \text{C4}^+ terciário se houver caminho favorável), e daí o alceno correspondente (3 ou 4) pode predominar. Por outro lado, em condições de E2 (base forte, pouca chance de formar cátion), o produto (1) será o observado.
Passo 6
Resumo das estereo/constitucionais distintas e quais admitem isomeria geométrica:
\text{CH}_2=CH-CH_2-CH(CH_3)-CH_3 — (terminal) não admite E/Z. (produto direto E2)
\text{CH}_3-CH=CH-CH(CH_3)-CH_3 — admite \text{E} e \text{Z} (dupla interna entre C2 e C3).
\text{CH}_3-CH_2-CH=CH(CH_3)-CH_3 — admite \text{E} e \text{Z} (dupla interna entre C3 e C4).
\text{CH}_3-CH_2-CH_2-C(CH_3)=CH_2 — (dupla terminal na outra extremidade após rearranjo) não admite E/Z.
Resposta
\text{CH}_2=CH-CH_2-CH(CH_3)-CH_3
\text{CH}_3-CH=CH-CH(CH_3)-CH_3 (existe como \text{E} e \text{Z})
\text{CH}_3-CH_2-CH=CH(CH_3)-CH_3 (existe como \text{E} e \text{Z})