Avalie cada par de reação e explique qual ocorrerá mais rápido.
Passo 1
O que o enunciado pede e o que nos foi dado.
- Precisamos comparar duas reações e dizer qual ocorrerá mais rápido:
- Informação implícita e relevante que o enunciado dá:
- O substrato é
(um haleto de metila, sem impedimento estérico). - Os dois reagentes diferem no nucleófilo: um é
(hidróxido, com carga negativa) e o outro é (água, neutra).
- O substrato é
- O objetivo: explicar, passo a passo, qual dessas reações é mais rápida e por quê (comparando mecanismos, velocidade e fatores que influenciam a taxa).
Passo 2
Que mecanismo é o mais provável para
reagir: ideia principal (sem jargão pesado).
- Haletos de metila como
não formam facilmente carbocátions estáveis — para formar um carbocátion seria necessário um centro com só três carbonos ligado, o que é muito instável no caso metílico. - Isso faz com que a reação ocorra preferencialmente por um mecanismo concertado chamado SN2: o nucleófilo ataca o carbono ligado ao bromo ao mesmo tempo em que o bromo sai. É uma etapa só (sem intermediário carbocátion).
- Em palavras: ataque direto do nucleófilo + saída do grupo saída (Br) numa única etapa — isso é rápido para substratos pouco impedidos como
.
Passo 3
Como a velocidade da SN2 depende das espécies presentes — a lei de velocidade e o que ela significa.
- Para uma reação SN2 a velocidade instantânea segue a lei:
onde: -
é a constante de velocidade (depende da energia de ativação e da temperatura), -
é a concentração do substrato, -
é a concentração do nucleófilo (aqui ou ).
-
- Isso quer dizer que, para iguais concentrações, a reação será mais rápida se o nucleófilo tornar
maior — isto é, se for um nucleófilo mais “forte” que reduz a barreira de ativação.
Passo 4
O que é nucleofilicidade (explicação didática) e comparação prática entre
e
.
- Nucleófilo é quem “doa” um par de elétrons para atacar o carbono eletrofílico.
- Fatores que tornam um nucleófilo mais eficiente:
- Carga: íons negativos são normalmente nucleófilos mais fortes do que espécies neutras (porque têm mais densidade eletrônica para doar).
- Solvatação/protonação: em solventes próticos (como água) nucleófilos carregados podem ser fortemente solvatados, o que retarda um pouco a sua ação, mas ainda assim geralmente permanecem melhores do que neutros.
- Basicidade muitas vezes correlaciona com nucleofilicidade (não é 1:1, mas é uma boa pista).
- Especificamente:
-
é um nucleófilo carregado, pequeno e bastante reativo. -
é neutra e muito menos disposta a doar seu par porque não tem carga negativa livre. Logo, em termos absolutos, é muito mais nucleofílico que .
-
Passo 5
Efeito da concentração do nucleófilo e do solvente — por que mesmo com muita água livre
vence.
- Em água pura, a concentração de
é enorme ( ), então a expressão de velocidade com pode parecer favorecer a reação com água somente por quantidade. - Mas a constante de velocidade
para ataque de é muito menor do que para porque água é um nucleófilo fraco. Na prática isso faz: na maioria das condições onde há uma porção razoável de presente. - Conclusão prática: mesmo que água esteja em grande excesso, a eficiência (constante
) do ataque por é tão maior que, quando está disponível, a reação com é muito mais rápida.
Passo 6
Interpretação energética (energia de ativação) e Arrhenius — ligação com rapidez.
- A constante
está relacionada com a energia de ativação pela equação de Arrhenius: onde: -
é o fator pré-exponencial, -
é a constante dos gases, -
é a temperatura em Kelvin.
-
- Um nucleófilo mais forte (como
) estabiliza melhor o estado de transição de ataque e, em termos práticos, reduz . Menor → maior → reação mais rápida. - Portanto, atacar com
produz um menor que atacar com , levando à reação mais rápida.
Passo 7
Outros fatores que confirmam a preferência (estérica e grupo saída).
- Substrato
é pouco impedido estéricamente — isso favorece SN2 (ataque direto) e maximiza a diferença entre nucleófilos fortes e fracos. - Grupo saída
é um bom grupo de saída — isso ajuda em ambas as reações, mas não elimina a grande diferença de nucleofilicidade entre e .
Passo 8
Resumo final didático e jeito de pensar na prova (uma frase-mnemônica).
- Pense: se o substrato é metílico, o mecanismo provável é SN2; então compare nucleófilos. Íon negativo = forte → reação rápida; neutro = fraco → reação lenta.
- Assim, attack por
é muito mais rápido que attack por .
Resposta
A primeira reação,
, ocorrerá mais rápido.