Escreva as fórmulas estruturais de todos os alquenos que seriam obtidos quando cada um dos haletos de alquila abaixo for aquecido com ter-butóxido de potássio. Quando a reação produzir mais de um composto, indique qual o principal, justificando (não leve em conta isomeria cis-trans neste problema).
(a) 2-bromo-3-metilbutano

Passo 1

O enunciado pede: escrever as fórmulas estruturais de todos os alquenos formados quando o haleto de alquila dado é aquecido com ter-butóxido de potássio (base forte e volumosa). Para cada produto, indicar qual é o principal e justificar.
Informações relevantes dadas pelo enunciado: o substrato é \mathrm{2\text{-}bromo\text{-}3\text{-}methylbutane} (vou escrever a estrutura abaixo), o reagente é ter-butóxido de potássio (base forte e volumosa, abreviada t-BuOK) e a reação ocorre sob aquecimento (condições que favorecem eliminação). O enunciado também pede para não levar em conta isomeria cis-trans.

Passo 2

Explicando a reação que vai acontecer (aula rápida e sem pânico): com uma base forte como t-BuO– em substratos com haleto, a eliminação que domina é o mecanismo E2. Características principais do E2:
  • É um processo concertado: a base remove um hidrogênio β (beta) enquanto o grupo saída (Br–) sai, formando a dupla ligação em um único passo.
  • Representação geral (esquemática):
\mathrm{R\!-\!CH_{\beta}\!-\!CH(X)\!-\!R' + B^- \longrightarrow R\!-\!CH{=}CH\!-\!R' + HB + X^-}
onde \mathrm{X} é o grupo saída (aqui \mathrm{Br}), B^- é a base (aqui \mathrm{t\text{-}BuO^-}), \mathrm{CH_{\beta}} representa o carbono beta que perde H.
  • Em E2, o número e a acessibilidade dos hidrogênios β e a estericidade da base influenciam quais alquenos são formados e qual é principal. Bases pequenas tendem a dar o produto mais substituído (regra de Zaitsev). Bases volumosas (como t-BuO–) favorecem o produto menos substituído (regra de Hofmann), porque é mais fácil para a base grande retirar o hidrogênio mais acessível.

Passo 3

Escrevendo a estrutura do substrato e numerando carbonos para localizar os hidrogênios β:
Estrutura do substrato:
\mathrm{CH_3-CH(Br)-CH(CH_3)-CH_3}
Numerando conforme o nome original (como já vem em \mathrm{2\text{-}bromo\text{-}3\text{-}methylbutane}):
\begin{array}{l} C_1:\\ \mathrm{CH_3}\\[2pt] C_2:\\ \mathrm{CH(Br)}\\[2pt] C_3:\\ \mathrm{CH(CH_3)}\\ (\text{tem uma ramificação metil})\\[2pt] C_4:\\ \mathrm{CH_3} \end{array}çã
Os carbonos β em relação ao carbono que possui o bromo ( C_2) são C_1 e C_3. Agora conto os hidrogênios β disponíveis:
  • Em C_1 (um grupo \mathrm{CH_3}) há 3 hidrogênios β.
  • Em C_3 (um \mathrm{CH} ligado a um metil) há 1 hidrogênio β (o outro substituinte em C_3 é a \mathrm{CH_3} ramificada).
    Esses são os dois sítios de onde a base pode abstrair H e, assim, formar duas possíveis duplas ligações diferentes.]

Passo 4

Eliminação removendo um hidrogênio de C_1 (formação da dupla entre C_1 e C_2). Escrevendo a fórmula do produto obtido ao formar a ligação dupla entre C_1 e C_2:
\mathrm{CH_2=CH-CH(CH_3)-CH_3}
Nome usual/IUPAC deste alqueno: \text{2-methylbut-1-ene} (também escrita como 2-methyl-1-butene). Esse é o produto menos substituído (a dupla fica na extremidade: alqueno terminal).
Por que esse produto aparece? Porque corresponde à retirada de um dos 3 H de C_1 e saída de \mathrm{Br} em C_2, formando a dupla ligação \mathrm{C_1{=}C_2}.

Passo 5

Eliminação removendo o hidrogênio de C_3 (formação da dupla entre C_2 e C_3). Escrevendo a fórmula do produto obtido ao formar a ligação dupla entre C_2 e C_3:
\mathrm{CH_3-CH=C(CH_3)-CH_3}
Nome usual/IUPAC deste alqueno: \text{2-methylbut-2-ene} (também escrita como 2-methyl-2-butene). Esse é o produto mais substituído (alqueno interno), portanto normalmente mais estável (Zaitsev).

Passo 6

Decidindo qual é o produto principal (justificativa didática e prática):
  • Regra geral: produto mais substituído (Zaitsev) é termodinamicamente mais estável. Com bases pequenas, produto Zaitsev costuma ser majoritário.
  • Aqui a base é \mathrm{t\text{-}BuO^-}, que é volumosa (stericamente demandante). Bases volumosas têm dificuldade em alcançar hidrogênios menos acessíveis; favorecem abstração do hidrogênio mais acessível, levando ao produto menos substituído (Hofmann).
  • Além disso, há um fator estatístico aqui: C_1 fornece 3 hidrogênios β enquanto C_3 fornece apenas 1; isso já favorece numericamente a formação do alqueno proveniente de C_1 (razão estatística 3:1).
  • Combinando os efeitos: estericidade da base (favorável ao Hofmann) + maior número de hidrogênios em C_1 (fator estatístico) => o produto principal será o alqueno menos substituído, ou seja, \mathrm{CH_2=CH-CH(CH_3)-CH_3} (2-methylbut-1-ene).
Resumo qualitativo: embora \mathrm{2\text{-}methylbut-2-ene} (alqueno interno) seja mais estável, a base volumosa e a maior disponibilidade de hidrogênios em C_1 tornam \mathrm{2\text{-}methylbut-1-ene} o principal produto nas condições dadas.

Resposta

\mathrm{CH_2=CH-CH(CH_3)-CH_3} \text{(2-methylbut-1-ene)} — principal produto\n
\mathrm{CH_3-CH=C(CH_3)-CH_3} \text{(2-methylbut-2-ene)}

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