reação do tipo
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
entre o clorometano e o íon hidróxido, isto é entre
e
. A pergunta é: qual solvente é mais indicado para essa reação —
ou ácido acético (
)? Devemos explicar o motivo da escolha usando as informações dadas (substrato
e nucleófilo
.
Passo 2
O que é essencial num mecanismo
(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
ou seja, quanto mais reativo (ou mais disponível) for o nucleófilo, mais rápida tende a ser a reação. Para
(um substrato metílico) a via
é muito favorável, desde que o nucleófilo seja forte e livre para atacar.
Passo 3
Quem é o nucleófilo aqui? É o íon
. Em geral, ânions básicos como
são nucleófilos fortes — excelente notícia para
. 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
, , 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:
-
(dimetilsulfóxido) é um solvente polar aprótico. Ele tem constante dielétrica alta (aproximadamente ), solubiliza sais, estabiliza cátions mas não solvata fortemente ânions por ligação H— isso deixa livre e muito reativo como nucleófilo. - Ácido acético (
) é um solvente polar prótico (doa prótons e forma ligações de hidrogénio). Além de solvatar , há um problema ainda maior: reação ácido–base com . Escrevendo a reação ácido–base relevante:
Como
e
, essa transferência de próton é fortemente favorecida para a direita — ou seja,
será rapidamente protonado (consumido) em ácido acético, transformando-se em água e gerando acetato. Logo, o nucleófilo livre
praticamente não existe em ácido acético.
Passo 6
Consequências práticas das duas situações:
- Em
: permanece disponível e “desprotegido” — alta nucleofilicidade → reação rápida com . - Em ácido acético:
é protonado para formar (pouco nucleofílica em relação ao ânion livre) e/ou fortemente solvata por ligações H — portanto a substituição praticamente não ocorre pela ausência do nucleófilo reativo.
Passo 7
Observação sobre o substrato
: sendo metílico, ele favorece fortemente o mecanismo
(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
com nucleófilos aniônicos fortes (como
), usa-se preferencialmente solventes polares apróticos (ex.:
,
, 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
, destruindo o nucleófilo.
Passo 9
Resposta direta e motivada para a questão: o solvente mais indicado é
, porque mantém
livre e altamente nucleofílico (aumentando a velocidade da
), enquanto o ácido acético protona/consome
e o solvata fortemente, inibindo a reação.