Desidratação de Álcoois: O 2-metilbutan-2-ol, na presença de \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} (ácido sulfúrico), passa por uma reação de eliminação. Desenhe o mecanismo \boldsymbol{E} \mathbf{1} e indique o alceno mais estável formado.

Passo 1

O enunciado pede duas coisas:
  • Desenhar o mecanismo de eliminação do tipo E1 para a desidratação do álcool \mathrm{2\text{-}metilbutan\text{-}2\text{-}ol} na presença de \mathrm{H_2SO_4}.
  • Indicar qual alceno (entre os possíveis) é o mais estável formado.
Informações dadas (peguei essas informações do enunciado):
  • Reagente: \mathrm{H_2SO_4} (ácido forte, provê \mathrm{H^+} e \mathrm{HSO_4^-}).
  • Substrato: \mathrm{2\text{-}metilbutan\text{-}2\text{-}ol}, cuja fórmula condensada pode ser escrita como \mathrm{CH_3\!-\!C(OH)(CH_3)\!-\!CH_2\!-\!CH_3} ou, de forma equivalente, \mathrm{(CH_3)_2C(OH)CH_2CH_3}.

Passo 2

Breve explicação do que é um mecanismo E1 (aula rápida, sem pressa).
  • E1 significa “eliminação unimolecular” (two-step mechanism): primeiro ocorre a formação de um carbocátion por perda do grupo de saída (etapa lenta, determinante da velocidade), depois uma base remove um próton adjacente ao carbocátion formand o duplo enlace (etapa rápida).
  • Em desidratações de álcoois ácidos, o grupo \mathrm{OH} é protonado para virar \mathrm{H_2O} (um bom grupo de saída), depois \mathrm{H_2O} sai e forma-se o carbocátion.
  • Carbocátions mais substituídos são mais estáveis: ordem prática \text{terciário}>\text{secundário}>\text{primário}ááá. Assim, álcoois que possam dar carbocátion terciário tendem a reagir via E1.
  • Regra de Zaitsev: na eliminação, o produto majoritário costuma ser o alceno mais substituído (mais estável), salvo efeitos estéreis ou bases volumosas.

Passo 3

Protonação do álcool (primeira etapa do mecanismo).
  • O ácido sulfúrico fornece \mathrm{H^+} e a base conjugada \mathrm{HSO_4^-}.
  • Protonando o oxigénio do grupo \mathrm{OH} obtemos o oxônio (álcool protonado), que é um bom grupo de saída:
\mathrm{(CH_3)_2C(OH)CH_2CH_3} \;+\; \mathrm{H^+} \;\longrightarrow\; \mathrm{(CH_3)_2C(OH_2^+)CH_2CH_3}.
  • Explicação didática: o oxigénio tem pares de elétrons e aceita um próton; isso transforma \mathrm{OH} num grupo \mathrm{H_2O} ligado ao carbono, que pode sair como \mathrm{H_2O} neutro.

Passo 4

Saída da água e formação do carbocátion (etapa lenta, determinante da velocidade).
  • O grupo \mathrm{H_2O} (após protonação) sai, gerando um carbocátion no carbono central (o carbono 2):
\mathrm{(CH_3)_2C(OH_2^+)CH_2CH_3} \;\longrightarrow\; \mathrm{(CH_3)_2C^+CH_2CH_3} \;+\; \mathrm{H_2O}.
  • Observação sobre o carbocátion formado: \mathrm{(CH_3)_2C^+CH_2CH_3} é um carbocátion terciário, porque o carbono carregado positivamente está ligado a três outros carbonos (dois grupos metila e o grupo \mathrm{CH_2CH_3}). Por isso é relativamente estável e favorece o mecanismo E1.
  • Nota didática sobre estabilidade: a estabilidade vem da hiperconjugação e do efeito indutivo dos grupos alquila que “doam” densidade para o centro positivo.

Passo 5

Possíveis desprotonações que formam os alcenos (segunda etapa do mecanismo).
  • A base conjugada presente no meio é \mathrm{HSO_4^-} (ou outra molécula de \mathrm{H_2O}); ela pode abstrair um próton de um carbono adjacente ao carbocátion para formar o duplo enlace.
  • Quais hidrogênios adjacentes existem ao carbocátion \mathrm{(CH_3)_2C^+CH_2CH_3}?
    • Hidrogênios no carbono 1 (o grupo \mathrm{CH_3} à esquerda do carbocátion): ao remover um H desses forma-se a dupla ligação entre C1 e C2, dando o alceno correspondente.
    • Hidrogênios no carbono 3 (o \mathrm{CH_2} à direita do carbocátion): ao remover um H desses forma-se a dupla ligação entre C2 e C3, dando outro alceno possível.
  • Escrevendo os dois produtos possíveis:
    • Desprotonação em C1 → alceno \mathrm{CH_2\!=\!C(CH_3)_2CH_2CH_3}? Melhor escrever corretamente: remoção de H em C1 (o extremo) daria uma menos substituída (no nosso caso, resulta em um alceno com menos substituições relativas).
    • Desprotonação em C3 → alceno \mathrm{(CH_3)_2C\!=\!CHCH_3} (esta é a ligação dupla entre C2 e C3).
  • Contagem da substituição (regra de Zaitsev):
    • Se a dupla ficar entre C1 e C2 → o alceno será dissubstituído (total de dois substituintes de carbono no duplo enlace).
    • Se a dupla ficar entre C2 e C3 → o alceno será trissubstituído (total de três substituintes de carbono no duplo enlace).
  • Conclusão nesta etapa: o alceno mais substituído (trissubstituído) é o mais estável e portanto deverá ser o produto majoritário.

Passo 6

Escrevendo explicitamente a etapa de eliminação que gera o produto mais estável.
  • A base \mathrm{HSO_4^-} (ou \mathrm{H_2O}) abstrage um próton de C3, os elétrons da ligação C3–H formam a ligação dupla C2=C3 e o carbocátion é neutralizado, dando o alceno:
\mathrm{(CH_3)_2C^+CH_2CH_3} \;+\; \mathrm{HSO_4^-} \;\longrightarrow\; \mathrm{(CH_3)_2C=CHCH_3} \;+\; \mathrm{H_2SO_4}.
  • Fórmula condensada do produto majoritário: \mathrm{(CH_3)_2C=CHCH_3}.
  • IUPAC: \text{2-methylbut-2-ene} (também escrito \text{2-methyl-2-butene} em nomenclatura comum).

Passo 7

Observações finais e pequenas variações (pra ficar seguro na prova).
  • Poderiam existir rearranjos de carbocátion (migração de hidreto ou metila) em sistemas onde isso dá um carbocátion mais estável; aqui o carbocátion já é terciário e bem estabilizado, então rearranjo não é necessário nem favorecido majoritariamente.
  • A etapa determinante da velocidade é a formação do carbocátion (saída de \mathrm{H_2O}); por isso condições que estabilizem carbocátions (ácidos fortes, solventes polares) favorecem E1.
  • Então, na prática experimental com \mathrm{H_2SO_4}, o produto majoritário será o alceno mais substituído conforme a regra de Zaitsev: \mathrm{(CH_3)_2C=CHCH_3}.

Resposta

\mathrm{(CH_3)_2C=CHCH_3} (2-methylbut-2-ene)

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