Escreva as fórmulas estruturais de todos os alquenos que seriam obtidos quando cada um dos haletos de alquila abaixo for aquecido com etóxido de sódio em etanol. Quando a reação produzir mais de um composto, indique qual o principal, justificando (não leve em conta isomeria cis-trans neste problema).
(e) 1-bromo-1-metilciclohexano

Passo 1

Você me deu o substrato 1-bromo- 1-metilciclohexano e pediu: escrever as fórmulas estruturais de todos os alquenos que aparecem quando esse haleto é aquecido com etóxido de sódio em etanol; quando houver mais de um produto, indicar qual é o principal e justificar.
Informação dada: reagente forte/solvente etóxido de sódio em etanol e aquecimento.

Passo 2

O tipo de reação que acontece aqui é uma eliminação do tipo E2 (eliminação bimolecular) porque temos um nucleófilo/base forte (etóxido, \text{OEt}^-) e temperatura elevada. Vou explicar o que é E2 de forma simples e prática para você usar na prova:
  • Mecanismo E2: é um processo elementar em que a base retira um próton \beta (um hidrogênio ligado a um carbono adjacente ao carbono que tem o grupo de saída), enquanto o grupo de saída (aqui o bromo) sai ao mesmo tempo. É uma só etapa, sem formação estável de carbocátion.
  • O que é um hidrogênio \beta? Se chamamos de \,C_1, o carbono que tem o bromo, qualquer átomo de hidrogênio ligado a um carbono que esteja ligado a \,C_1 é um hidrogênio \beta. Só esses hidrogênios podem ser removidos para formar a dupla.
  • Condições: base forte e calor favorecem eliminação (E2) em vez de substituição. Em E2 costuma prevalecer a regra de Zaitsev: o alqueno mais substituído (mais estável) tende a ser o principal produto, salvo problemas estéricos ou conformacionais fortes.

Passo 3

Identificar os carbonos \beta em 1-bromo- 1-metilciclohexano.
  • Denotemos o carbono que porta o bromo e o metil como C_1.
  • Os carbonos adjacentes na cadeia/ciclo são C_2 e C_6 (os dois átomos de carbono do anel ligados a C_1).
  • O grupo metil ligado a C_1 também tem um carbono (vou chamar de C_{\text{Me}}) que é diretamente ligado a C_1; os hidrogênios desse carbono também são hidrogênios \beta.
Logo, existem três tipos de hidrogênios \beta que podem ser removidos:
  • Hidrogênios em C_2 → dupla entre C_1 e C_2.
  • Hidrogênios em C_6 → dupla entre C_1 e C_6.
  • Hidrogênios em C_{\text{Me}} → dupla entre C_1 e o carbono do metil (dupla exocíclica).
Observação: C_2 e C_6 são equivalentes por simetria do ciclo, então remover H de C_2 ou de C_6 dá o mesmo produto estrutural. Portanto teremos, no máximo, dois tipos de alquenos distintos.

Passo 4

Desenho/descrição das duas possíveis duplas (fórmulas estruturais em palavras, para você reproduzir no rascunho da prova):
  • Produto A (eliminação de H em C_2 ou C_6): dupla ligação entre C_1 e um carbono do anel; o metil permanece ligado a C_1. Nome comum: 1-metilciclohexeno. Estrutura: anel cicloxexano com uma ligação dupla entre C_1 e C_2 e um grupo metil ligado a C_1.
  • Produto B (eliminação de H no carbono do metil C_{\text{Me}}): dupla ligação exocíclica entre C_1 e o carbono do metil, ou seja, um grupo =CH2 ligado ao anel no carbono C_1. Nome comum: metilenociclohexano (alqueno exocíclico). Estrutura: ciclohexano com uma dupla exocíclica =CH_2 em C_1.
Vou justificar agora qual é o principal com base na estabilidade dos alquenos (regra de Zaitsev):
  • Contagem de substituição da dupla (número de grupos alquila ligados aos carbonos da dupla):
    • Para 1-metilciclohexeno: o carbono C_1 da dupla está ligado a dois carbonos (o metil e o resto do anel), e o outro carbono da dupla (p. ex. C_2) está ligado a um carbono do anel. Soma de substituintes carbonados = 2 + 1 = 3. É, portanto, um alqueno tri-substituído.
    • Para o metilenociclohexano: o carbono exocíclico =CH_2 tem zero substituintes carbonados, enquanto C_1 tem dois; soma = 0 + 2 = 2. É um alqueno di-substituído.
  • Alquenos mais substituídos são mais estáveis (regra de Zaitsev). Logo, o 1-metilciclohexeno (tri-substituído) é termodinamicamente mais estável que o metilenociclohexano (di-substituído) e, em condições de E2 com base forte e calor, haverá preferência pelo produto mais substituído.

Passo 5

Breve comentário sobre estereoquímica/conformação: em ciclohexanos a eliminação E2 requer geometria anti-periplanar para ser rápida, o que pode afetar rendimento se um conformer não permitir a orientação adequada do hidrogênio \beta e do leaving group. No entanto o enunciado pede para não considerar isomeria cis-trans e pede somente quais alquenos seriam obtidos; portanto aqui consideramos as eliminações possíveis em termos estruturais e aplicamos Zaitsev para decidir o principal.

Resposta

1-metilciclohexeno (principal)
metilenociclohexano (produto minoritário)

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