(0,25) \mathrm{Na} reação do tipo \mathrm{S}_{\mathrm{N}} 2 do clorometano com o íon hidróxido qual o solvente mais indicado: DMSO ou ácido acético? Explique.

Passo 1

O enunciado diz que temos uma reação do tipo \mathrm{S_N2} entre o clorometano e o íon hidróxido, isto é entre \mathrm{CH_3Cl} e \mathrm{OH^-}. A pergunta é: qual solvente é mais indicado para essa reação — \mathrm{DMSO} ou ácido acético ( \mathrm{CH_3COOH})? Devemos explicar o motivo da escolha usando as informações dadas (substrato \mathrm{CH_3Cl} e nucleófilo \mathrm{OH^-}.

Passo 2

O que é essencial num mecanismo \mathrm{S_N2} (passo curto e didático): numa substituição nucleofílica bimolecular, a etapa determinante é uma colisão “concertada” entre o nucleófilo e o substrato. A velocidade segue a lei
\text{velocidade} = k[\text{substrato}][\text{nucleófilo}],ó
ou seja, quanto mais reativo (ou mais disponível) for o nucleófilo, mais rápida tende a ser a reação. Para \mathrm{CH_3Cl} (um substrato metílico) a via \mathrm{S_N2} é muito favorável, desde que o nucleófilo seja forte e livre para atacar.

Passo 3

Quem é o nucleófilo aqui? É o íon \mathrm{OH^-}. Em geral, ânions básicos como \mathrm{OH^-} são nucleófilos fortes — excelente notícia para \mathrm{S_N2}. Mas o “poder real” do nucleófilo na prática depende muito do solvente: o mesmo ânion pode ser muito reativo num solvente e quase inativo noutro.

Passo 4

Explicando solventes proticos versus apróticos (de forma bem prática):
  • Solventes proticos (doadores de H) — por exemplo álcoois, água, ou ácido acético — formam ligações de hidrogénio com ânions. Isso envolve e “protege” o ânion com uma camada de solvatacão, diminuindo sua nucleofilicidade (ele fica “escondido” pela nuvem de solvente).
  • Solventes apróticos polares (não doadores de H), como \mathrm{DMSO}, \mathrm{DMF}, acetona, são capazes de estabilizar cátions (por interação com cargas positivas) mas não formam fortes ligações de hidrogénio com ânions. Assim, o ânion fica relativamente “nu” e muito nucleofílico: ataca com mais facilidade.

Passo 5

Propriedades específicas dos dois candidatos:
  • \mathrm{DMSO} (dimetilsulfóxido) é um solvente polar aprótico. Ele tem constante dielétrica alta (aproximadamente \varepsilon \approx 47), solubiliza sais, estabiliza cátions mas não solvata fortemente ânions por ligação H— isso deixa \mathrm{OH^-} livre e muito reativo como nucleófilo.
  • Ácido acético ( \mathrm{CH_3COOH}) é um solvente polar prótico (doa prótons e forma ligações de hidrogénio). Além de solvatar \mathrm{OH^-}, há um problema ainda maior: reação ácido–base com \mathrm{OH^-}. Escrevendo a reação ácido–base relevante:
\mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{OH^-} \longrightarrow \mathrm{CH_3COO^-} + \mathrm{H_2O}.
Como \mathrm{p}K_a(\mathrm{CH_3COOH}) \approx 4{,}76 e \mathrm{p}K_a(\mathrm{H_2O}) \approx 15{,}7, essa transferência de próton é fortemente favorecida para a direita — ou seja, \mathrm{OH^-} será rapidamente protonado (consumido) em ácido acético, transformando-se em água e gerando acetato. Logo, o nucleófilo livre \mathrm{OH^-} praticamente não existe em ácido acético.

Passo 6

Consequências práticas das duas situações:
  • Em \mathrm{DMSO}: \mathrm{OH^-} permanece disponível e “desprotegido” — alta nucleofilicidade → reação \mathrm{S_N2} rápida com \mathrm{CH_3Cl}.
  • Em ácido acético: \mathrm{OH^-} é protonado para formar \mathrm{H_2O} (pouco nucleofílica em relação ao ânion livre) e/ou fortemente solvata por ligações H — portanto a substituição \mathrm{S_N2} praticamente não ocorre pela ausência do nucleófilo reativo.

Passo 7

Observação sobre o substrato \mathrm{CH_3Cl}: sendo metílico, ele favorece fortemente o mecanismo \mathrm{S_N2} (ataque sem impedimento estérico). Assim, a limitação real não é o substrato, mas a disponibilidade e força do nucleófilo — o que nos leva de volta à escolha do solvente.

Passo 8

Comparação final intuitiva (resumindo para a prova): para reações \mathrm{S_N2} com nucleófilos aniônicos fortes (como \mathrm{OH^-}), usa-se preferencialmente solventes polares apróticos (ex.: \mathrm{DMSO}, \mathrm{DMF}, acetona) porque esses solventes não diminuem a nucleofilicidade por solvatação de H. Solventes próticos (ex.: ácido acético) diminuem a nucleofilicidade por solvatação e, no caso do ácido acético, ainda reagem ácido–base com \mathrm{OH^-}, destruindo o nucleófilo.

Passo 9

Resposta direta e motivada para a questão: o solvente mais indicado é \mathrm{DMSO}, porque mantém \mathrm{OH^-} livre e altamente nucleofílico (aumentando a velocidade da \mathrm{S_N2}), enquanto o ácido acético protona/consome \mathrm{OH^-} e o solvata fortemente, inibindo a reação.

Resposta

\mathrm{DMSO}

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