Quais os produtos que se formariam quando cada um dos álcoois abaixo for sujeito a uma desidratação catalisada por ácido. Se mais de um produto se formar, indique o alqueno que seria o produto principal (não leve em conta isomeria cis-trans neste problema).
(a) 3-pentanol

Passo 1

O enunciado pede: “Quais os produtos que se formariam quando cada um dos álcoois abaixo for sujeito a uma desidratação catalisada por ácido. Se mais de um produto se formar, indique o alqueno que seria o produto principal (não leve em conta isomeria cis-trans neste problema).”
Informação dada para o item (a): o álcool é o \text{3-pentanol}.
Estrutura do reagente que vou usar nas contas (escrevendo os carbonos em série):
\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH(OH)-CH}_2\text{-CH}_3
Pergunta explícita a responder: quais alquenos se formam na desidratação ácida deste álcool e qual é o produto principal.

Passo 2

Breve aula sobre o mecanismo que vamos usar (muito importante para entender cada passo): a desidratação ácida de álcoois secundários costuma ocorrer por mecanismo do tipo E1, que tem três etapas principais:
\text{(i) protonação do grupo hidroxila, (ii) saída da água formando um carbocátion, (iii) eliminação de um próton \(\beta\) para gerar a dupla ligação.}çãíááçãóçã
Expliquei cada etapa de forma simples:
  • Protonação do \text{OH}: o ácido doa um próton a \text{OH}, transformando \text{OH} em \text{H}_2\text{O}, que é uma boa base de saída.
  • Formação do carbocátion: a água sai deixando um centro com carga positiva (carbocátion). A estabilidade do carbocátion é crucial: \text{terciário} > \text{secundário} > \text{primário}ááá. Carbocátions mais estáveis são formados com maior facilidade.
  • Eliminação \beta: uma base remove um Hidrogênio de um carbono adjacente ( \beta-carbono) ao carbocátion; a ligação C–H removida forma a dupla ligação C=C. Segundo a regra de Zaitsev, o produto preferido é o alqueno mais substituído (mais estável), salvo quando há fatores contrariando isso.
Também explico aqui sobre rearranjos: se um deslocamento de hidreto (ou metila) do carbono adjacente ao carbocátion leva a um carbocátion mais estável (por ex. de secundário para terciário), esse rearranjo costuma ocorrer antes da eliminação. Se o rearranjo não aumenta a estabilidade, ele é improvável.

Passo 3

Apliquemos isso ao \text{3-pentanol}. Primeiro, escrevo novamente o reagente indicando os carbonos:
\text{C}_1:\\ \text{CH}_3\quad \text{C}_2:\\ \text{CH}_2\quad \text{C}_3:\\ \text{CH(OH)}\quad \text{C}_4:\\ \text{CH}_2\quad \text{C}_5:\\ \text{CH}_3
Etapa 1 (protonação):
\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH(OH)-CH}_2\text{-CH}_3 \longrightarrow \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH(OH}_2^+\text{)-CH}_2\text{-CH}_3
Etapa 2 (saída da água) — forma-se um carbocátion no carbono \text{C}_3:
\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-C}^+\text{H-CH}_2\text{-CH}_3
Esse é um carbocátion secundário (positiva localizada em \text{C}_3.

Passo 4

Analise de possíveis rearranjos: os carbonos adjacentes são \text{C}_2 e \text{C}_4, ambos secundários. Um deslocamento de hidreto de \text{C}_2 para \text{C}_3 simplesmente moveria a carga positiva para \text{C}_2, passando de um carbocátion secundário para outro carbocátion secundário — não há ganho de estabilidade (não se torna terciário). O mesmo vale para deslocamento vindo de \text{C}_4. Portanto, rearranjos que aumentem a estabilidade não ocorrem aqui; a etapa de eliminação ocorre diretamente a partir do carbocátion em \text{C}_3.

Passo 5

Etapa 3 (eliminação \beta): os hidrogênios \beta que podem ser removidos estão em \text{C}_2 e em \text{C}_4. Se um próton é removido de \text{C}_2, forma-se uma dupla ligação entre \text{C}_2 e \text{C}_3. Se um próton é removido de \text{C}_4, forma-se uma dupla ligação entre \text{C}_3 e \text{C}_4. Estruturalmente essas duas possibilidades são o mesmo tipo de alqueno interno (por simetria do pentano) — ambas correspondem ao produto conhecido como \text{2-penteno}. Escrevendo a estrutura do produto:
\text{CH}_3\text{-CH=CH-CH}_2\text{-CH}_3
Não há formação direta de \text{1-penteno} a menos que ocorra um rearranjo que mova a carga para \text{C}_2 seguido de eliminação do hidrogênio em \text{C}_1; tal rearranjo não é favorecido aqui (não aumenta a estabilidade do carbocátion), logo \text{1-penteno} seria, no máximo, traço se aparecer por caminhos secundários. Pela regra de Zaitsev, o alqueno mais substituído (neste caso o alqueno interno \text{2-penteno}) é o produto predominante.

Passo 6

Resumo didático e final do raciocínio (para você lembrar na prova): como \text{3-pentanol} é um álcool secundário, a desidratação segue E1; forma-se um carbocátion secundário em \text{C}_3; eliminação de um próton em \text{C}_2 ou \text{C}_4 gera o mesmo alqueno interno mais substituído, \text{2-penteno}. Rearranjos não favorecem a formação de outros alquenos importantes porque não aumentam a estabilidade do carbocátion. Não esquece: procure sempre o carbocátion mais estável e as possíveis \beta-eliminações — isso normalmente dá o produto principal.

Resposta

\text{2-penteno}

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