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).
(b) 3-metil-3-pentanol
(b) 3-metil-3-pentanol
Passo 1
O enunciado pede: “Quais os produtos que se formariam quando o álcool 3-metil-3-pentanol for sujeito a uma desidratação catalisada por ácido? Se mais de um produto se formar, indique o alqueno que seria o produto principal.”
Informações dadas e pontos importantes para guardar antes de começar:
Informações dadas e pontos importantes para guardar antes de começar:
- O composto reagente é 3-metil-3-pentanol (álcool terciário no carbono 3 da cadeia pentílica, com um metil ligado também ao carbono 3).
- A reação é desidratação catalisada por ácido (mecanismo típico E1 para álcoois terciários).
- Devemos listar todos os alquenos possíveis e dizer qual é o principal (maior quantidade) — não precisamos considerar isomeria cis/trans.
- Observação útil: os carbonos adjacentes a C3 são C2 e C4 (essas duas posições são equivalentes por simetria nessa molécula) e também há o grupo metil ligado a C3 (vou chamar esse carbono do metil de C6). Isso nos dá três conjuntos de hidrogênios β de onde pode sair um próton durante a etapa de eliminação: no C2, no C4 (equivalente a C2) e no metil substituinte (C6).
Passo 2
Breve aula do mecanismo E1 (desidratação ácido-catalisada de álcoois terciários) — passo a passo do que acontece e por quê:
- Protonação do grupo hidroxila: o ácido protona o
OH transformando-o em OH2^+, que é uma excelente grupo saída (água). Protonar significa apenas adicionar um próton . Isso facilita que a água saia. - Saída da água e formação de carbocátion: a água sai formando um carbocátion no carbono onde estava o OH. Para álcoois terciários a carbocátion formado é terciário, bem estabilizado por efeitos indutivos e de hiperconjugação — daí o mecanismo E1 ser favorito.
- Perda de um próton (base remove um H β): a etapa lenta que determina o produto é a remoção de um H de um carbono β adjacente ao carbocátion. Dependendo de qual H for removido, forma-se um dos possíveis alquenos. A regra empírica prática para prever o produto principal é a regra de Zaitsev: o alqueno mais substituído (aquele com mais grupos alquila ligados aos carbonos da dupla) é geralmente o majoritário, porque é o mais estável termodinâmicamente.
Explicando “mais substituído”: em uma dupla ligação C=C contamos quantos grupos carbônicos substituem os dois carbonos da dupla. Por exemplo, um alqueno tri-substituído é mais estável que um di-substituído, que por sua vez é mais estável que um mono-substituído ou terminal.
Passo 3
Aplicando o mecanismo à nossa molécula: 3-metil-3-pentanol.
- Primeiro: protona-se o
OH em C3 e perde-se água, ficando com um carbocátion terciário em C3. Esquematicamente (sem desenhar todos os Hs): C1–C2–C3^+–C4–C5 com um metil ligado a C3. - Segundo: esse carbocátion pode perder um próton de qualquer carbono β ligado a C3. Os β-carbonos são: C2, C4 e o carbono do metil substituinte (que chamei de C6). Como C2 e C4 são equivalentes (simetria), a perda de H de C2 ou de C4 dá na prática o mesmo produto estrutural. A perda de H de C6 dá um produto diferente.
Passo 4
Identificação dos produtos possíveis (escrevo as fórmulas condensadas para ficar claro):
- Remoção de H em C2 ou C4 (essas duas rotações dão o mesmo produto por simetria): forma uma dupla entre C2 e C3. A estrutura condensada é
CH3–CH= C(CH3)–CH2–CH3
Este é o alqueno interno mais substituído que se pode formar (a dupla é tri-substituída: um dos carbonos da dupla tem dois grupos alquila ligados). O nome comum/IUPAC mais direto é 3-metil-2-penteno. - Remoção de H no metil substituinte (C6): forma uma dupla entre C3 e o carbono do metil (ficando esse carbono como CH2=). A estrutura condensada é
CH2=C(CH2CH3)2
(ou seja, o carbono duplo terminal ligado a duas cadeias etila: CH2=C(C2H5)(C2H5)). Este é um alqueno menos substituído (a dupla é di-substituída nesse caso) e, por isso, menos estável que o anterior.
Passo 5
Comparação e escolha do produto principal (aplicando Zaitsev + estabilidade):
- Contagem de substituintes na dupla:
- Para CH3–CH= C(CH3)–CH2–CH3 (produto 1): a dupla é tri‑substituída (total de 3 grupos alquila ligados aos carbonos da dupla).
- Para CH2=C(CH2CH3)2 (produto 2): a dupla é di‑substituída (total de 2 grupos alquila).
- Conclusão: o alqueno mais substituído (tri‑substituído) é mais estável e portanto será o produto principal. Logo o produto principal é CH3–CH=C(CH3)–CH2–CH3 (3‑metil‑2‑penteno). O outro produto (CH2=C(CH2CH3)2) aparece em menor quantidade como secundário.
Passo 6
Comentário final e dica prática para a prova (curto e amigo): sempre que você tiver um álcool terciário, pense imediatamente em E1: forma-se um carbocátion estável e depois olhe para todos os H β possíveis — cada H β leva a um alqueno. Use a regra de Zaitsev (produto mais substituído é o maior) para escolher o principal. Se houver equivalências por simetria, algumas eliminações levam ao mesmo produto — isso simplifica bastante a contagem.
Resposta
CH3–CH=C(CH3)–CH2–CH3 (3‑metil‑2‑penteno) — produto principal
CH2=C(CH2CH3)2 — produto secundário
CH2=C(CH2CH3)2 — produto secundário