Álcoois primários e metanol reagem, de maneira geral, por um mecanismo \mathrm{S}_{\mathrm{N}} 2, enquanto álcoois secundários e terciários por um mecanismo S_{N} 1 (formação de carbocátion). Com base nestas informações, mostre os mecanismos e os produtos formados das seguintes reações: \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2}-\mathrm{OH}+\mathrm{HBr}
Passo 1
O enunciado dá a reação entre etanol e ácido bromídrico e pede para mostrar os mecanismos e os produtos formados. Informações relevantes que temos: \mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{-OH} (etanol) reage com \mathrm{HBr}.
A questão pede: (a) o mecanismo passo a passo pelo qual a reação ocorre; (b) o(s) produto(s) final(is).
Nada mais é fornecido; vamos mostrar o mecanismo detalhado e explicar por que ele segue esse caminho.
Passo 2
Por que primeiro protonar o álcool?
Explicação didática: o grupo \mathrm{-OH} é um péssimo grupo de saída se estiver como \mathrm{OH}^{-}. Em meios ácidos, a primeira etapa geralmente é a protonação do oxigênio do álcool para transformar \mathrm{OH} em \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}, que é um excelente grupo de saída (neutro, estável como água). Isso facilita a substituição nucleofílica. A protonação ocorre porque o oxigênio tem pares de elétrons disponíveis e o ácido fornece um próton. A equação da protonação é:
O que acontece em termos de elétrons (descrição do movimento de setas): um par de elétrons no oxigênio do álcool ataca o próton \mathrm{H}^{+} vindo do \mathrm{HBr}, formando a espécie oxônio \mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{OH}_{2}^{+}, enquanto o \mathrm{Br}-\mathrm{H} se rompe dando \mathrm{Br}^{-}.
Passo 3
Qual mecanismo segue depois da protonação? (explicação conceitual)
Como o álcool é primário (\mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{-}), a formação de um carbocátion primário é energeticamente desfavorável. Portanto, a substituição tende a ocorrer por um mecanismo \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2: ataque nucleofílico concertado do nucleófilo (aqui \mathrm{Br}^{-}) ao carbono ligado ao oxigênio, enquanto o grupo \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} sai simultaneamente. Características do \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2: é uma etapa única (concertada), a velocidade depende de ambas as concentrações (do substrato protonado e do nucleófilo), e ocorre ataque por trás (inversão de configuração se o carbono for quiral).
Passo 4
Etapa de ataque \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 com descrição passo a passo e equação da etapa:
Descrição do movimento de elétrons: o íon brometo \mathrm{Br}^{-} doa seu par de elétrons para o carbono ligado ao grupo \mathrm{OH}_{2}^{+}, formando a nova ligação \mathrm{C}-\mathrm{Br}; ao mesmo tempo a ligação \mathrm{C}-\mathrm{O} se rompe e os elétrons vão para o oxigênio, liberando \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} neutra.
Representação da etapa:
Se o carbono atacado fosse quiral, haveria inversão de configuração por ser ataque por trás; no nosso caso (etanol) não há centro quiral, então não há alteração observável de estereoquímica.
Passo 5
Resumo do mecanismo global (colocando as etapas juntas):
Juntando protonação + ataque nucleofílico concertado, a reação completa é
Mecanisticamente: (1) protonação do oxigênio forma \mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{OH}_{2}^{+} e \mathrm{Br}^{-}; (2) \mathrm{Br}^{-} faz ataque \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 ao carbono, expulsando \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} e formando \mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{Br}.
Passo 6
Observações práticas e intuitivas para a prova (resumo curto, tipo “o que escrever”):
Comece mostrando a protonação do álcool (explique que o oxigênio usa um par de elétrons para pegar \mathrm{H}^{+} do \mathrm{HBr}).
Em seguida escreva a etapa \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2: \mathrm{Br}^{-} ataca o carbono ligado ao oxônio e a água sai.
Termine escrevendo os produtos.
Dica de linguagem em prova: indique claramente que o mecanismo é \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 porque o substrato é primário e carbocátions primários são desfavorecidos.