Que produto (ou produtos) seria esperado de cada uma das seguintes reações? Para cada produto apresentado, em cada item, dê o mecanismo ( \mathrm{S}_{\mathrm{N}} 1, \mathrm{~S}_{\mathrm{N}} 2, \mathrm{E} 1, ou E 2 ) mostrando sua formação. Preveja também a quantidade relativa dos produtos formados (ou seja, se será o único produto, produto majoritário (principal) ou secundário, etc.) \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{Br}+\left(\mathrm{CH}_{5}\right)_{3} \mathrm{CO}^{-} \xrightarrow[\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3} \mathrm{COH}]{50^{\circ} \mathrm{C}}
Passo 1
O problema tem duas reações diferentes para analisar. Vou listar claramente o que cada enunciado dá e o que pede:
Reação A (texto): reagente é \mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{Br} (1‑bromopentano) e o nucleófilo/base é (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{CO}^{-} em (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{COH} a 50^\circ\mathrm{C}. Pede: quais produtos esperar, qual (quais) mecanismo(s) (\mathrm{S}_{\mathrm{N}}1,\\ \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2,\\ \mathrm{E}1,\\ \mathrm{E}2) formam esses produtos, e a quantidade relativa (majoritário, secundário, traços, etc.).
Reação B (figura): eu usei os dados da imagem: é um haleto secundário/terciário numa ciclohexano substituído — há um grupo (\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{C} (tert‑butila) em uma posição do anel e, no carbono mostrado, há um átomo de Cl ligado a um carbono que também tem um \mathrm{CH}_3. A condição é \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} a 25^\circ\mathrm{C} (solvolise em metanol). Observação: interpretei a estrutura da imagem como um haleto terciário no anel (touting a partir do desenho), mas se eu tiver entendido mal algum detalhe estereo/quantal da figura, avise — eu disse explicitamente que peguei a informação da imagem. Pede a mesma coisa: produtos esperados, mecanismo(s) e quantidades relativas.
(Nenhuma resolução ainda — só identifiquei o que foi dado e o que se pede, como você pediu.)
Passo 2
Breve revisão didática — quando usar cada mecanismo e por que (sem pular etapas):
\mathrm{S}_{\mathrm{N}}2: mecanismo concertado em uma etapa; nucleófilo ataca pelo lado oposto ao grupo que sai (ataque de retaguarda), saída simultânea do LG. É favorecido por substratos menos impedidos (metílico, primário >> secundário), por nucleófilos fortes e pouco volumosos, por solventes apróticos polares, e é sensível à impedância estérica do nucleófilo. Resultado: inversão estereoquímica (quando o carbono é quiral).
\mathrm{S}_{\mathrm{N}}1: mecanismo em duas etapas; primeiro o grupo que sai se vai formando um carbocátion (etapa lenta), depois nucleófilo ataca. Favorecido por substratos que formam carbocátions estáveis (terciários >> secundários), por solventes próticos polares que estabilizam o ião, e por nucleófilos fracos/solventes nucleofílicos (solvolise). Provoca racemização se o centro era quiral.
\mathrm{E}2: eliminação concertada em uma etapa; base retira um hidrogênio β enquanto o LG sai, formando uma dupla ligação. Favorecido por bases fortes; a estereoquímica anti‑periplanar entre Hβ e LG é frequentemente exigida (em sistemas cíclicos é muito importante), e substratos primários normalmente dão eliminação apenas se a base for forte e/ou volumosa; bases volumosas tendem a favorecer a formação do alceno menos substituído (regra de Hofmann) por impedimento estérico.
\mathrm{E}1: via carbocátion (como \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1): primeiro saída do LG formando carbocátion, depois perda de próton para dar o alceno. Favorecido por substratos que formam carbocátions estáveis e por solventes próticos; mais provável com temperaturas mais altas.
Fatores importantes que eu sempre pesquiso ao decidir:
Tipo de carbono ligado ao haleto (1º, 2º, 3º).
Força e volumetria do nucleófilo/base.
Solvente (prótico x aprótico).
Temperatura (mais calor favorece eliminação).
Possibilidade de restrição conformacional (em anéis a exigência anti‑periplanar pode favorecer ou disfavour E2).
Passo 3
Identificação do substrato e reagente:
Substrato: \mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{Br} é um haleto primário (1‑bromopentano).
Base/nucleófilo: (\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{CO}^- (tert‑butóxido) é uma base forte, porém volumosa (estérica). O solvente é o álcool tert‑butílico (\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{COH}.
Temperatura 50^\circ\mathrm{C} — razoavelmente elevada, tende a favorecer eliminação relativa à substituição.
Competição possível: para um haleto primário as reações possíveis normalmente são \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 ou \mathrm{E}2. \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 e \mathrm{E}1 são improváveis porque substrato primário forma carbocátion muito instável.
Efeito da volumetria do nucleófilo:
(\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{CO}^- é uma base forte, mas é um nucleófilo volumoso — isso reduz muito a velocidade de \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 (ataque de retaguarda fica dificultado), enquanto ainda é eficiente para abstrair prótons β (eliminações).
Quais alcenos podem sair por eliminação direta?
O bromo está no carbono 1; os hidrogênios β disponíveis são os do carbono 2. A eliminação direta (E2) do C1–H (no C2) forma a dupla entre C1–C2, ou seja, 1‑penteno. Portanto, o produto de eliminação direto e imediato é 1‑penteno.
Formação direta de 2‑penteno exigiria um haleto no C2 (não é o caso) ou rearranjo do carbocátion (mas não há carbocátion aqui). Entretanto, 1‑penteno pode, sob certas condições basificadas e temperatura, isomerizar lentamente para 2‑penteno; isso seria um produto secundário em pequena quantidade.
Conclusão lógica para Reação A:
Mecanismo dominante: \mathrm{E}2 (eliminaçao concertada) porque a base é forte/volumosa e o substrato é primário; a estericidade favorece eliminação em vez de \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2.
Produto majoritário: 1‑penteno (produto de Hoffmann relativo a bases volumosas — aqui a única dupla diretamente acessível é a terminal).
Produto minoritário possível: traços do produto de substituição por \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2, que seria o éter tert‑butílico, (\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{CO}\!-\!\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_2 (ou, escrito concisamente, pentil‑tert‑butil éter), porque \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 não é impossível, só é retardado pela volumetria do nucleófilo.
\mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 e \mathrm{E}1 são desprezíveis (substrato primário).
Mecanismo passo a passo (descrito): E2 (uma etapa concertada)
O par de elétrons da base (\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{CO}^- retira um hidrogênio β (um H do carbono 2).
Simultaneamente, a ligação C2–H se quebra e forma a ligação dupla C1=C2, enquanto o grupo -\mathrm{Br} sai como \mathrm{Br}^-.
Resultado: 1‑penteno + \mathrm{Br}^- + base protonada (\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{COH}.
Comentário sobre quantidades relativas (qualitativo):
Majoritário: 1‑penteno por \mathrm{E}2 (ex.: ~predomínio grande).
Secundário/traço: pentil‑tert‑butil éter por \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 (pequena fração).
Traços de 2‑penteno apenas por isomerização posterior (menor ainda).
Passo 4
Em prova, descreva: “substrato primário + base forte e volumosa → \mathrm{E}2 majoritário; \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 possível mas lento; \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1/\mathrm{E}1 negligenciáveis.”
Não é necessário dar percentuais exatos sem dados experimentais; diga “majoritário / minoritário / traços”. Se precisar chutar para entendimento: majoritário ≫ 50%, SN2 < 10% típico quando nucleófilo é muito volumoso.
Passo 5
O que a imagem me deu (uso explícito da figura): a imagem mostra um haleto no anel ciclohexano ligado a um carbono que também tem um \mathrm{CH}_3, e há um grupo grande (\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{C} em outro carbono do anel. Interpretei isso como um haleto terciário/fortemente estabilizado por substituintes ao carbono ligado ao Cl. (Se eu tiver interpretado mal a substituição exata do carbon no anel, diga; a seguir eu explico a lógica geral para um haleto terciário em ciclohexano.)
Identificação das condições:
Solvente/nucleófilo: \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} — é nucleófilo moderado e solvente prótico (solvolise).
Temperatura: 25^\circ\mathrm{C} (ambiente).
Substrato: haleto terciário (no anel) — favorece ionização para carbocátion.
Mecanismos possíveis: \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 e \mathrm{E}1 são os mecanismos esperados porque formam carbocátion como etapa inicial; \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 e \mathrm{E}2 são desmotivados em haletos terciários por impedimento estérico e pela natureza do nucleófilo/solvente.
Qual produto principal?
Solvolise em metanol: a via típica é \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 (solvolise) — o cloreto sai formando um carbocátion, em seguida o metanol ataca, dando um éter (substituição por \mathrm{OCH}_3). Logo o produto majoritário esperado é o éter tert‑alcílico metílico (ou seja, Cl substituído por \mathrm{OCH}_3 — um éter: R–OCH3, onde R = fragmento cíclico).
A partir do mesmo carbocátion, também pode ocorrer perda de próton (desprotonação) para formar um alceno — esta é a via \mathrm{E}1. Portanto o alceno (a dupla ligação no anel, normalmente o alceno mais substituído, “Zaitsev”) será um produto minoritário a menos que as condições favoreçam fortemente eliminação (por ex., temperaturas altas ou bases fortes). Aqui a temperatura é moderada e o nucleófilo (metanol) é razoavelmente nucleofílico, de modo que \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 costuma dominar.
Efeitos conformacionais do anel (importante para prova):
A presença de um grupo tert‑butila em outra posição do anel tende a travar a cadeira numa conformação onde o tert‑butila fica equatorial por forte preferência estérica; isso define a geometria local do carbono que tem o Cl. Um LG axial numa cadeira facilita saída e certas sobreposições, mas no caso de \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 o passo limitante é ionização, e a formação do carbocátion é favorecida. Para \mathrm{E}2 seria crítica a anti‑periplanaridade, mas \mathrm{E}2 aqui não é o caminho chave (substrato terciário, nucleófilo fraco/solvente).
Mecanismos passo a passo (descritos):
\mathrm{S}_{\mathrm{N}}1:
a) Ionização: ligação C–Cl se rompe lentamente formando \mathrm{Cl}^- e o carbocátion cíclico (etapa lenta).
b) Ataque: \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} ataca o carbocátion formando o íon oxônio (–OCH3H+).
c) Desprotonação: uma base (outro \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} ou solvente) remove um próton do oxônio, gerando o éter R–OCH3 neutralamente.
\mathrm{E}1:
a) A mesma ionização forma o carbocátion.
b) Em vez de ataque por metanol, uma base remove um próton β e forma a dupla ligação (alceno). O alceno mais substituído (interno) é favorecido (Zaitsev).
Quantidade relativa (qualitativo):
Majoritário: produto de \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 — éter metílico (substituição), porque solvente metanol é nucleófilo razoável e a ionização seguida de captura por solvente é rápida a 25^\circ\mathrm{C}.
Secundário/minor: alceno por \mathrm{E}1 (alguma eliminação ocorrerá, mas tipicamente em menor proporção que a substituição em solvolise com metanol a temperatura ambiente).
\mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 e \mathrm{E}2: praticamente inexistentes por impedimento estérico e porque a base/nucleófilo é fraco/moderado.
Passo 6
Para substrato primário + base forte volumosa → diga “\mathrm{E}2 majoritária; \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 traço”.
Para haleto terciário em solvente prótico/nucleofílico como \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} a temp. ambiente → “\mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 (solvolise) majoritária; \mathrm{E}1 secundário”.
Reação B: produto majoritário é o éter (Cl substituído por \mathrm{OCH}_3) formado por \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 (solvolise em \mathrm{CH}_3\mathrm{OH}) ; produto secundário: alceno (eliminação por \mathrm{E}1, o alceno mais substituído) em menor proporção.