Avalie cada par de reação e explique qual ocorrerá mais rápido.
\begin{aligned} & \mathrm{CH}_{3} \mathrm{Br}+\mathrm{HO}^{-} \xrightarrow{\text { DMSO }} \mathrm{CH}_{3} \mathrm{OH}+\mathrm{Br}^{-}\\\ & \mathrm{CH}_{3} \mathrm{Br}+\mathrm{HO}^{-} \xrightarrow{\mathrm{EtOH}} \mathrm{CH}_{3} \mathrm{OH}+\mathrm{Br}^{-} \end{aligned}

Passo 1

O enunciado apresenta dois casos da mesma reação nucleofílica, mudando apenas o solvente. As informações dadas são:
  • Reação 1: \mathrm{CH_{3}Br} + \mathrm{HO}^- \xrightarrow{\text{DMSO}} \mathrm{CH_{3}OH} + \mathrm{Br}^-.
  • Reação 2: \mathrm{CH_{3}Br} + \mathrm{HO}^- \xrightarrow{\mathrm{EtOH}} \mathrm{CH_{3}OH} + \mathrm{Br}^-.
  • A tarefa: avaliar cada par (ou seja, comparar as duas reações) e explicar qual ocorrerá mais rápido.
Há também uma imagem incluída no enunciado.

Passo 2

Identificar o mecanismo que governa a reação (só listar a ideia, sem calcular ainda).
  • O substrato é \mathrm{CH_{3}Br} (um haleto de metila). Haletos de metila não formam carbocátions estáveis; portanto o caminho sensato é substituição nucleofílica bimolecular (mecanismo \mathrm{S_N2}), onde o nucleófilo ataca por trás do carbono ligado ao haleto e o grupo saída sai ao mesmo tempo.
  • A lei de velocidade para um \mathrm{S_N2} é
\text{velocidade} = k[\text{Nu}^-][\text{R–X}]
ou seja, a velocidade depende da concentração do nucleófilo e do substrato, e também do fator constante k que incorpora efeitos do solvente e da energia de ativação.

Passo 3

Explicar didaticamente por que o tipo de solvente importa para \mathrm{S_N2} e como isso afeta k.
  • Conceito: nucleófilo e solvatação.
    • Solventes próticos (ex.: EtOH) têm hidrogênios ácidos ligados a átomos eletronegativos e formam ligações de hidrogênio com ânions como \mathrm{HO}^-. Isso significa que o nucleófilo fica “envolto” por moléculas de solvente (forte solvatação), reduzindo sua disponibilidade/reatividade para atacar o carbono do substrato.
    • Solventes apróticos polares (ex.: DMSO, dimetilsulfóxido) não formam ligações de hidrogênio com ânions do mesmo modo; eles solvatam cátions, mas deixam ânions relativamente “livres” e, portanto, nucleofílicos mais reativos.
  • Consequência para \mathrm{S_N2}:
    • Um nucleófilo mais “livre” (menos solvatação) tem maior caráter nucleofílico e ataca mais facilmente o substrato, aumentando k e a velocidade.
    • Em solventes próticos a nucleofilicidade de ânions é suprimida pela solvatação; em solventes apróticos polares a nucleofilicidade de ânions é aumentada (comparativamente).

Passo 4

Aplicação ao caso específico com \mathrm{HO}^- e \mathrm{CH_3Br}.
  • O nucleófilo é \mathrm{HO}^-. Em EtOH (solvente prótico) o \mathrm{HO}^- fica fortemente solvado por ligações de H; isso torna o ataque nucleofílico mais lento.
  • Em DMSO (solvente aprótico polar) o \mathrm{HO}^- é muito menos solvado e, portanto, é um nucleófilo muito mais “forte” na prática — ataca o carbono metílico muito mais rápido.
  • Outro ponto: o substrato \mathrm{CH_3Br} é pequeno e não oferece impedimento estérico; isso favorece \mathrm{S_N2} e faz com que a força do nucleófilo/solvatação seja o fator decisivo. Não há vantagem para \mathrm{S_N1} aqui.

Passo 5

Comparação final e observações práticas (como responder num exame).
  • Resultado direto: a reação em DMSO será muito mais rápida que em EtOH, porque em DMSO \mathrm{HO}^- é um nucleófilo bem mais desprotegido (mais reativo) do que em EtOH, onde está fortemente solvado.
  • Frase curta de justificativa para prova: “A reação \mathrm{S_N2} com \mathrm{CH_3Br} é controlada pela nucleofilicidade de \mathrm{HO}^-; solvente aprótico polar (DMSO) não solva fortemente o ânion, aumentando a nucleofilicidade e acelerando a \mathrm{S_N2}, enquanto solvente prótico (EtOH) solvata e desativa \mathrm{HO}^-, tornando a reação mais lenta.”
  • Observação extra para segurança: em EtOH existem possíveis concorrências (p. ex. o solvente pode participar em equilíbrios ou reações laterais) mas o efeito dominante na velocidade da \mathrm{S_N2} aqui é a solvatação do nucleófilo.

Passo 6

Resumo pedagógico rápido (dicas de memorização para prova)
  • Regra prática: para reações \mathrm{S_N2} com ânions nucleofílicos, solventes apróticos polares (DMSO, DMF, acetona) → reações mais rápidas; solventes próticos (álcoois, água) → nucleófilos aniónicos são desativados e reações mais lentas.
  • Lembre-se: substratos menos impedidos (metila, 1º) favorecem \mathrm{S_N2}; aí o solvente e força do nucleófilo são cruciais.

Resposta

A reação em DMSO ocorre mais rápido que a reação em EtOH.

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