Encontre o hidrogênio mais ácido de cada um dos seguintes compostos e escreva a equação química para cada processo de transferência de prótons que ocorre na reação com o íon hidróxido. Use setas curvas para mostrar o fluxo de elétrons.
b) 3-metilbutanal

Passo 1

O enunciado pede duas coisas sobre o composto 3‑metilbutanal:
  1. Identificar qual é o hidrogênio mais ácido do composto.
  2. Escrever a equação química da transferência de próton quando o composto reage com o íon hidróxido ( \mathrm{OH^-}), usando setas curvas para mostrar o fluxo de elétrons.
Informações dadas que vou usar:
  • O composto é o 3‑metilbutanal; sua fórmula estrutural (cadeia principal com numeração a partir do grupo aldeído) é \mathrm{CHO-CH_2-CH(CH_3)-CH_3}.
  • A base que reage é o íon hidróxido, \mathrm{OH^-}.

Passo 2

Vamos desenhar e rotular a estrutura para ficar claro onde estão os hidrogênios:
\mathrm{CHO\;-\;CH_2\;-\;CH(CH_3)\;-\;CH_3}
Numeração (a partir do grupo aldeído):
  • \mathrm{C_1}: átomo de carbono do grupo aldeído ( \mathrm{CHO}), ligado a um hidrogênio (o hidrogênio formílico).
  • \mathrm{C_2}: carbono adjacente ao carbonila (carbono α), é \mathrm{CH_2} — aqui existem dois hidrogênios equivalentes (os hidrogênios α).
  • \mathrm{C_3}: carbono β, é \mathrm{CH(CH_3)} — tem um hidrogênio e um grupo metila ligado.
  • \mathrm{C_4}: metila terminal \mathrm{CH_3}.
Lista de tipos de hidrogênios no composto (quem pode ser abstraído):
  • Hidrogênio formílico ligado a \mathrm{C_1} (o H do grupo \mathrm{CHO}).
  • Dois hidrogênios α ligados a \mathrm{C_2} ( \alpha-hidrogênios).
  • Hidrogênio no \mathrm{C_3} (β).
  • Hidrogênios da metila \mathrm{C_4}.
No próximo passo eu vou mostrar por que os hidrogênios em \mathrm{C_2} são os mais ácidos.

Passo 3

Conceito fundamental que precisamos: por que hidrogênio α (adjacente a uma carbonila) é ácido?
  • Quando um hidrogênio α é removido (desprotonação), o elétron que originalmente fazia a ligação C–H fica no carbono α e pode se delocalizar sobre o sistema carbonila por ressonância. Essa delocalização estabiliza a base conjugada (o enolato), diminuindo o custo energético de tirar o próton — ou seja, aumenta a acidez relativa desses hidrogênios.
  • Em palavras simples: a estabilidade da base conjugada (enolato) é o que torna o hidrogênio α relativamente ácido.
Exemplo conceitual
  • Se tirarmos um H de \mathrm{C_2} em \mathrm{CHO-CH_2-...\;}, obtemos um enolato cuja carga negativa pode ser estabilizada pela ressonância com o oxigênio da carbonila.

Passo 4

Mostrando as estruturas de ressonância do enolato formado pela perda de um hidrogênio em \mathrm{C_2}.
Forma canônica (foco na região relevante, escrevo a parte inicial do esqueleto):
\text{Após desprotonação em } \mathrm{C_2:}\quad \mathrm{^{-}O-CH=CH(CH_3)-CH_3}óçã
Esta é a forma onde o oxigênio tem carga negativa e o C1–C2 formou uma dupla (representação enolato tipo “O^- ligado a C1 com dupla C1=C2”).
Outra forma canônica (mostrando carga no carbono α):
\mathrm{O=C(\,^{\,-}CH-CH(CH_3)-CH_3)}
Aqui a carga está mais localizada no carbono α (forma carbaniônica), mas essa forma é menos importante do que a forma com carga no oxigênio; a real é uma mistura (ressonância) das duas, o que estabiliza a base conjugada.
Conclusão deste passo: a deslocalização/resonância explica por que os hidrogênios α (em \mathrm{C_2}) são significativamente mais ácidos que os hidrogênios em \mathrm{C_3}, \mathrm{C_4} ou o próprio hidrogênio formílico ligado a \mathrm{C_1}.

Passo 5

Comparação rápida das acididades relativas (intuição útil para prova):
  • Hidrogênios α ( \mathrm{C_2}): pKa típico para aldeídos na vizinhança de \sim 17{-}20 — relativamente ácidos para hidrocarbonetos, porque formam enolatos estabilizados por ressonância.
  • Hidrogênio formílico em \mathrm{C_1}: ligado a um carbono sp2; não é um hidrogênio ácido em termos de desprotonação por bases fracas como \mathrm{OH^-} (pKa muito maior, muito menos ácido).
  • Hidrogênios em \mathrm{C_3} e \mathrm{C_4}: alifáticos normais (pKa ~50), muito pouco ácidos.
Portanto: os hidrogênios mais ácidos do 3‑metilbutanal são os dois hidrogênios equivalentes em \mathrm{C_2} (os hidrogênios α).

Passo 6

Agora a equação química da transferência de próton com \mathrm{OH^-}, com descrição do mecanismo por setas curvas (vou descrever as três setas curvas essenciais do passo de desprotonação):
Reagentes iniciais (coloco a parte que participa da reação):
\mathrm{CHO-CH_2-CH(CH_3)-CH_3} \quad + \quad \mathrm{OH^-}
Mecanismo (setas curvas, descrito passo a passo):
  1. Seta curva 1: do par de elétrons não ligantes de \mathrm{OH^-} para o hidrogênio α de \mathrm{C_2}. (Isso representa a base atacando o próton.)
  2. Seta curva 2: da ligação \mathrm{C_2-H} para a ligação entre \mathrm{C_1} e \mathrm{C_2} (formando uma dupla \mathrm{C_1=C_2}).
  3. Seta curva 3: da dupla ligação \mathrm{C_1=O} para o oxigênio da carbonila (para acomodar os elétrons), resultando em uma carga negativa no oxigênio (o enolato na forma com oxigênio carregado).
Essas três setas juntas mostram: \mathrm{OH^-} abstrai \mathrm{H_{C_2}}; os elétrons da ligação C–H vão formar a dupla C=C e os elétrons da C=O vão para o oxigênio, gerando o ânion enolato e \mathrm{H_2O}.

Passo 7

Escrevendo a equação global (produto principal identificado como o enolato, indicando que existe ressonância entre as formas). A equação de transferência de próton é:
\mathrm{CHO-CH_2-CH(CH_3)-CH_3} + \mathrm{OH^-} \longrightarrow \mathrm{^{-}O-CH=CH(CH_3)-CH_3} + \mathrm{H_2O}
E indicando rapidamente a ressonância do enolato (apenas para entender a estabilização):
\mathrm{^{-}O-CH=CH(CH_3)-CH_3} \;\rightleftharpoons\; \mathrm{O=C(\,^{-}CH-CH(CH_3)-CH_3)}
Dica para a prova: quando vir carbonilas, sempre cheque se há hidrogênios α — eles costumam ser os mais ácidos por causa da estabilização por ressonância do enolato. Em reações com bases fracas como \mathrm{OH^-}, a desprotonação α é o caminho esperado.

Resposta

\mathrm{CHO-CH_2-CH(CH_3)-CH_3} + \mathrm{OH^-} \longrightarrow \mathrm{^{-}O-CH=CH(CH_3)-CH_3} + \mathrm{H_2O}

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