Um problema que ocorre com reações de eliminação é a formação frequente de misturas de produtos. Por exemplo, o tratamento de 2-bromo-2-metulbutano com KOH em etanol produz um mistura de dois alcenos. Quais são suas prováveis estruturas? Faça o mecanismo? Apresente os possíveis carbocátions formados.
Passo 1
O que o enunciado pede e o que é dado:
- Pede: identificar os prováveis alcenos formados quando 2-bromo-2-metilbutano é tratado com KOH em etanol; desenhar/explicar o mecanismo; apresentar os possíveis carbocátions formados.
- Informação dada (importante): reagente é KOH em etanol (base/solvente protônico), substrato é 2-bromo-2-metilbutano (haleto terciário).
Observação clara: o substrato tem o bromo ligado ao carbono 2, que também carrega um grupamento metil; os carbonos beta possíveis para eliminação são o carbono 1 (terminal, CH3) e o carbono 3 (CH2). A resolução começa a seguir.
Passo 2
Descrevendo a estrutura do substrato de forma explícita para não ter dúvida:
- 2-bromo-2-metilbutano pode ser escrito condensado como CH3–C(Br)(CH3)–CH2–CH3.
Explico por que isso importa: o carbono que tem o bromo (o carbono 2) é terciário (está ligado a três outros carbonos: C1, C3 e ao grupamento metil extra). Isso influencia fortemente o tipo de mecanismo que a reação tende a seguir.
Passo 3
Conceito-chave: diferenças entre E1 e E2 (explicação didática, sem pular etapas)
- E1: etapa lenta inicial é a saída do grupo deixador (aqui Br−), formando um carbocátion; depois uma base remove um H β para formar o alceno. Caracteriza-se por ser unimolecular na etapa lenta. Favorecido por substratos terciários e por solventes próticos/polares (como etanol).
- E2: eliminação concertada de um H β e do grupo deixador na mesma etapa; é bimolecular (depende de base forte e do substrato). Exige geometria anti-periplanar idealmente, mas em substratos flexíveis pode ocorrer mesmo sem posição perfeita.
No nosso caso: temos um haleto terciário e solvente prótico; E1 é muito provável. Porém KOH é uma base relativamente forte e pode promover E2 também; na prática esta mistura pode ocorrer, mas ambos os caminhos levam aos mesmos alcenos possíveis (apenas a via E1 explicita o carbocátion).
Passo 4
Formação do carbocátion (mecanismo E1, etapa por etapa e explicado passo a passo)
- Saída do brometo: o par de elétrons que ligava o carbono 2 ao bromo fica com o bromo, formando Br−. Isso deixa o carbono 2 sem seu par de elétrons de ligação — ou seja, forma-se um carbocátion terciário no carbono 2. Escrevendo:
- Antes: CH3–C(Br)(CH3)–CH2–CH3
- Depois da saída de Br−: CH3–C⁺(CH3)–CH2–CH3 (a carga positiva está no carbono 2).
Explicação física: a ligação C–Br se rompe heteroliticamente (os elétrons vão para o bromo). Carbocátions terciários são relativamente estáveis por efeito indutivo e hiperconjugação dos grupos alcila vizinhos, por isso essa etapa ocorre com alguma facilidade aqui.
Passo 5
Mostrando e discutindo o(s) carbocátion(ões) possíveis
- Carbocátion principal formado: o carbocátion terciário no carbono 2, que podemos escrever como (CH3)2C⁺–CH2–CH3 ou explicitamente CH3–C⁺(CH3)–CH2–CH3.
- Há possibilidade de rearranjo? Em princípio, rearranjos (hidreto ou metil) acontecem se um rearranjo aumentar a estabilidade do cátion. Aqui o cátion já é terciário; os carbonos adjacentes (C1 é primário, C3 é secundário primário CH2) não têm um substituinte que permita melhorar a estabilidade por migração: não existe um vizinho com grupo que, ao migrar, crie um cátion mais estável que o terciário existente. Portanto, não esperamos rearranjos significativos.
Conclusão: o único carbocátion razoável e relevante é o carbocátion terciário no carbono 2.
Passo 6
Como esse carbocátion gera alcenos (etapa de eliminação do E1)
- Uma base (a própria etanol ou OH−) remove um dos hidrogênios β disponíveis. Existem hidrogênios β em C1 (três Hs) e em C3 (dois Hs). Se a base abstrai um H do carbono 3, forma-se a dupla ligação entre C2 e C3. Se a base abstrai um H do carbono 1, forma-se a dupla ligação entre C1 e C2. Escrevendo as duas possibilidades:
- Abstração em C3 → ligação dupla entre C2 e C3 → produto: 2-methyl-2-butene.
- Abstração em C1 → ligação dupla entre C1 e C2 → produto: 2-methyl-1-butene.
- Por que isso acontece eletronicamente? Ao tirar o próton β, os elétrons da ligação C–H formam a ligação π entre o carbono β e o carbono α (aquele com carga positiva), neutralizando a carga e gerando o alceno.
Passo 7
Nomenclatura e fórmulas condensadas dos dois alcenos (para ficar claro o que são)
- 2-methyl-2-butene: condensado como (CH3)2C=CH–CH3 (ou seja, remoção de H em C3).
- 2-methyl-1-butene: condensado como CH2=C(CH3)–CH2–CH3 (ou seja, remoção de H em C1).
Passo 8
Qual produto será majoritário e por quê (regra de Zaitsev e estabilidade do alceno)
- Regra de Zaitsev: em eliminações, o alceno mais substituído (aquele com maior número de grupos alquila ligados aos carbonos da dupla ligação) tende a ser o produto majoritário, pois é mais estável por hiperconjugação e efeito indutivo.
- Comparando os dois: 2-methyl-2-butene é mais substituído (tri-substituído no duplo) que 2-methyl-1-butene (di-substituído no duplo). Logo, 2-methyl-2-butene será o produto majoritário; 2-methyl-1-butene será minoritário. Isso vale tanto para E1 quanto para E2 quando não há bases volumosas que favoreçam Hofmann.
Passo 9
Comentário sobre E2 e estereoquímica (para saber quando aplicar em prova)
- Se a reação seguisse E2 (eliminação concertada) com uma base forte, o requisito geométrico anti-periplanar pode afetar qual H β é removido mais facilmente; na prática, em um centro terciário flexível, ainda são possíveis ambos os produtos, e o mais substituído tende a predominar.
- Em provas: identifique se o substrato é primário/ secundário/ terciário, identifique a força/volumetria da base e o solvente — isso indica E2 vs E1. Aqui, substrato terciário + solvente protônico → E1 preferível; KOH forte pode introduzir componente E2, mas o resultado qualitativo (maioria do alceno mais substituído) é o mesmo.
Passo 10
Resumo final do mecanismo em forma de sequência prática (passos que eu escreveria numa prova)
- CH3–C(Br)(CH3)–CH2–CH3 → saída de Br− → forma-se CH3–C⁺(CH3)–CH2–CH3 (carbocátion terciário).
- Base abstrai H β de C3 → (CH3)2C=CH–CH3 (2-methyl-2-butene, produto majoritário).
- Alternativamente, base abstrai H β de C1 → CH2=C(CH3)–CH2–CH3 (2-methyl-1-butene, produto minoritário).
- Explicar a preferência: maior estabilidade do alceno mais substituído (Zaitsev).
Resposta
2-methyl-2-butene ; ((CH3)2C=CH–CH3)
2-methyl-1-butene ; (CH2=C(CH3)–CH2–CH3)
2-methyl-1-butene ; (CH2=C(CH3)–CH2–CH3)