Embora o 2-metil-1,2-propanodiol seja um diol vicinal assimétrico, apenas um produto é obtido quando ele é desidratado na presença de ácido. Exercício do Livro da Paula Bruice Capítulo 12, número 68.
a) O que é este produto?
b) Por que apenas um produto é formado?

Passo 1

O enunciado diz que a molécula \mathrm{2\text{-}methyl\text{-}1,2\text{-}propanediol} é um diol vicinal assimétrico e que, ao ser desidratada em meio ácido, obtém-se apenas um produto. As perguntas são:
a) Qual é esse produto?
b) Por que apenas um produto é formado?
Informações relevantes dadas:
  • A molécula de partida é um diol vicinal (grupo \mathrm{OH} em carbonos adjacentes).
  • A reação é desidratação em presença de ácido (condição típica de eliminação por via ionizante).
  • A molécula é “assimétrica” (os dois carbonos com \mathrm{OH} não são equivalentes).
  • Observa‑se experimentalmente um único produto de eliminação.

Passo 2

Esqueleto e identificação dos carbonos (vou escrever a fórmula condensada para ficar visual): \mathrm{(CH_3)_2C(OH)CH_2OH}.
Aqui, o carbono central com dois grupamentos metila e um \mathrm{OH} é o carbono-2 (o álcool terciário) e o \mathrm{CH_2OH} é o carbono-1 (o álcool primário). Em desenho: \mathrm{CH_2OH- C(OH)(CH_3)-CH_3} com um metila extra fazendo com que o carbono-2 tenha duas metilas (portanto a fórmula condensada mais clara é \mathrm{(CH_3)_2C(OH)CH_2OH}).
Portanto os sítios relevantes para a desidratação são a ligação entre \mathrm{C1} e \mathrm{C2} (a dupla só pode se formar aí, pois os \mathrm{OH} são vicinais).

Passo 3

Relembrando a química que precisamos: mecanismo ácido de desidratação de álcoois (passos gerais).
  1. Protonação do grupo \mathrm{OH}: em meio ácido, \mathrm{OH} é protonado e vira \mathrm{H_2O}, um bom grupo saidor. Escrevendo genericamente: \mathrm{R-CH(OH)-R' + H^+ \longrightarrow R-CH(OH_2^+)-R'}.
  2. Saída de \mathrm{H_2O} formando um carbocátion: \mathrm{R-CH(OH_2^+)-R' \longrightarrow R-CH^+-R' + H_2O}.
  3. Desprotonação adjacente ao carbocátion para formar a dupla ligação (eliminação), ou rearranjos do carbocátion antes da eliminação, se isso gerar um carbocátion mais estável.
Importante: estabilidade dos carbocátions segue a ordem \mathrm{terciário > secundário > primário}ááá. Rearranjos (p.ex. migração de hidreto) ocorrem rapidamente se levam a um carbocátion mais estável.

Passo 4

Aplicando isso ao nosso subtrato \mathrm{(CH_3)_2C(OH)CH_2OH}.
Possibilidade A — protonar o \mathrm{OH} no carbono-2 (o álcool terciário). Depois de protonar, a saída de água dá diretamente um carbocátion terciário no carbono-2:
\mathrm{(CH_3)_2C(OH)CH_2OH + H^+ \longrightarrow (CH_3)_2C(OH_2^+)CH_2OH \longrightarrow (CH_3)_2C^+CH_2OH + H_2O}.
Esse carbocátion terciário é estável. A eliminação de um próton do carbono-1 ( \mathrm{CH_2}) adjacente gera a ligação dupla entre C1 e C2:
\mathrm{(CH_3)_2C^+CH_2OH \overset{\text{base}}{\longrightarrow} (CH_3)_2C=CH_2 + H^+}.
O produto resultante é \mathrm{(CH_3)_2C=CH_2}, que é o alceno chamado 2‑metilpropeno (ou isobutileno / isobuteno, usualmente: 2‑metilpropeno).

Passo 5

Possibilidade B — protonar o \mathrm{OH} no carbono-1 (o álcool primário). Se isso ocorrer, a saída de água geraria inicialmente um carbocátion primário no carbono-1:
\mathrm{(CH_3)_2C(OH)CH_2OH + H^+ \longrightarrow (CH_3)_2C(OH)CH_2OH_2^+ \longrightarrow (CH_3)_2C(OH)CH_2^+ + H_2O}.
Um carbocátion primário é muito instável; rapidamente ocorre um rearranjo favorável — neste caso uma migração de hidreto (hidreto shift) do carbono-2 (que tem hidrogênios disponíveis no grupo metileno adjacente? aqui o caminho efetivo é a reorganização que leva ao carbocátion terciário em C2). Após o hidreto shift, obtém‑se o mesmo carbocátion terciário que apareceu na Possibilidade A. A partir dele, a eliminação leva ao mesmo alceno \mathrm{(CH_3)_2C=CH_2}.
Conclusão desses passos: quaisquer vias possíveis (protonação em C2 ou em C1 seguida de rearranjo) convergem para o mesmo carbocátion terciário, e a eliminação desse carbocátion dá sempre o mesmo alceno.

Passo 6

Complemento didático sobre regiochemia e por que não aparecem outros alcenos:
  • A regra de Zaitsev diz que eliminações tendem a dar o alceno mais substituído (mais estável) quando possível. Aqui o alceno formado \mathrm{(CH_3)_2C=CH_2} é o mais estabilizado por hiperconjugação dos dois grupos metila no carbono duplo.
  • Não há alternativa estrutural diferente para a dupla: os \mathrm{OH} eram vicinais entre C1 e C2, então a única ligação dupla possível entre esses carbonos é aquela; não existe outro par de carbonos livre para formar uma dupla que seja compatível com perda de água dos mesmos grupos \mathrm{OH}.
  • Quanto à estereoquímica (E/Z): o produto \mathrm{CH_2=C(CH_3)_2} é um alceno terminal sem isomeria geométrica relevante — portanto não há isômeros geométricos que aumentem o número de produtos.

Passo 7

Resumo do raciocínio mecanístico em cadeia:
  1. Em meio ácido, protonação de \mathrm{OH} \mathrm{H_2O} como bom grupo saidor.
  2. Perda de \mathrm{H_2O} gera preferencialmente o carbocátion terciário (ou, se gerasse primário, haveria rearranjo até o terciário).
  3. Desprotonação adjacente ao carbocátion terciário forma \mathrm{(CH_3)_2C=CH_2}.
    Assim, todas as rotas possíveis levam ao mesmo intermediário chave e portanto ao mesmo produto final.

Resposta

(a) \mathrm{2\text{-}metilpropeno\\ (CH_2=C(CH_3)_2)}
(b) Porque a desidratação em meio ácido passa por um carbocátion terciário altamente favorecido (se necessário por rearranjo de hidreto a partir do carbocátion primário), e a eliminação desse carbocátion gera sempre o mesmo alceno; não há outra regiochemia plausível nem isomeria geométrica para esse produto.

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