Classificação: Analise a reação entre 1-bromobutano e NaOMe (metóxido de sódio) em metanol. É \mathbf{S}_{\mathbf{N}} \mathbf{1}, \mathbf{S}_{\mathbf{N}} \mathbf{2}, \mathbf{E 1} e E2? Justifique com base na força da base e no substrato.

Passo 1

O enunciado pede para classificar a reação entre 1‑bromobutano e metóxido de sódio em metanol, ou seja, identificar se a reação segue \mathrm{S_N1}, \mathrm{S_N2}, \mathrm{E1} ou \mathrm{E2}, e justificar com base na força da base/nucleófilo e no substrato.
Dados explícitos que usamos (retirei do enunciado):
  • Substrato: 1‑bromobutano, cuja fórmula estrutural linear é \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2Br} (haleto primário).
  • Reagente/solvente: \mathrm{NaOCH_3} (metóxido de sódio) em \mathrm{CH_3OH} (metanol).
    O que se pede: dizer qual (quais) mecanismo(s) ocorrem e justificar usando conceitos de força de base/nucleófilo, estabilidade do carbocátion e estericidade do substrato.

Passo 2

Entendendo o substrato: por que ser primário importa.
  • Um haleto primário como \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2Br} tem o carbono ligado ao bromo conectado a apenas um outro carbono. Isso significa que a formação de um carbocátion primário seria muito pouco estável (não há boa estabilização por hiperconjugação ou efeitos indutivos).
  • Consequência: mecanismos que passam por um carbocátion livre (mecanismos unimoleculares como \mathrm{S_N1} e \mathrm{E1}) são muito desfavorecidos para substratos primários, salvo se houver estabilização especial (por ressonância, por exemplo), o que não é o caso aqui.
    Resumo: substrato primário → \mathrm{S_N1} e \mathrm{E1} altamente improváveis.

Passo 3

Entendendo o reagente e o solvente: metóxido em metanol.
  • A base/nucleófilo presente é o metóxido, que escrevemos como \mathrm{CH_3O^-} (do sal \mathrm{NaOCH_3}). \mathrm{CH_3O^-} é uma base forte e também um nucleófilo relativamente bom (pequeno, pouco estérico).
  • O solvente é metanol ( \mathrm{CH_3OH}), que é polar protico. Em solventes próticos, ânions pequenos (como \mathrm{F^-}, \mathrm{OH^-}, \mathrm{CH_3O^-}) ficam mais solvatados e sua nucleofilicidade diminui em comparação com solventes apróticos; porém, \mathrm{CH_3O^-} ainda é um nucleófilo forte porque é a base conjugada de um álcool fraco e está presente em alta concentração quando se usa \mathrm{NaOCH_3} em \mathrm{CH_3OH}.
  • Conclusão prática: \mathrm{CH_3O^-} funciona bem como nucleófilo para ataques \mathrm{S_N2} em substratos pouco estéricos, e também poderia agir como base para eliminar hidrogênios (E2) se as condições favorecessem eliminação.

Passo 4

Comparação de mecanismos possíveis usando argumentos qualitativos (estabilidade do carbocátion e natureza do nucleófilo/base).
  • \mathrm{S_N1}: requer formação de carbocátion como etapa lenta. Para um primário isso é muito desfavorável energeticamente → reação desprezível.
  • \mathrm{E1}: também requer carbocátion (mesma razão) → desprezível.
  • \mathrm{S_N2}: reação concertada bimolecular; favorecida por substratos pouco estéreos (primários) e por nucleófilos fortes e não muito volumosos. Aqui temos exatamente isso: substrato primário e \mathrm{CH_3O^-} é um bom nucleófilo pequeno. Logo \mathrm{S_N2} é fortemente favorecida. A lei de velocidade típica é
\text{v}_{\mathrm{SN2}} = k[\text{R–Br}][\mathrm{CH_3O^-}]
  • \mathrm{E2}: também é uma reação bimolecular concertada e pode competir com \mathrm{S_N2} quando a base é forte. A taxa de \mathrm{E2} também depende de ambas as concentrações:
\text{v}_{\mathrm{E2}} = k'[\text{R–Br}][\mathrm{CH_3O^-}]
Mas a competição prática depende de fatores adicionais: facilidade de abstração de um hidrogênio β e estabilidade do alceno formado; com um haleto primário a formação de um alceno mais substituído (mais estável) normalmente exige remover um hidrogênio de um carbono secundário adjacente — com 1‑bromobutano há possibilidade de formar 1‑buteno (menos substituído) ou 2‑buteno (mais substituído), porém a preferência por eliminação (E2) cresce com base mais volumosa, temperatura maior e quando a substituição do carbono ligado ao halogênio é maior. Com uma base pequena e nucleófila ( \mathrm{CH_3O^-}) e substrato primário, substituição (SN2) tende a superar eliminação.

Passo 5

Explicando por que \mathrm{S_N2} domina na prática (rascunho de “por que no exame”):
  • Estericidade: ataque nucleofílico em \mathrm{S_N2} precisa de espaço para o nucleófilo atacar o carbono ligado ao \mathrm{Br}. Em primários, esse espaço existe → ataque eficiente.
  • Força do nucleófilo: \mathrm{CH_3O^-} é forte o suficiente para atacar rapidamente e deslocar \mathrm{Br^-}.
  • Solvente prótico reduz um pouco a nucleofilicidade, mas não o bastante para impedir \mathrm{S_N2} quando o nucleófilo é o próprio metóxido em excesso.
  • Termodinâmica do produto: substituição dá éter metílico por substituição nucleofílica (formação de \mathrm{CH_3OCH_2CH_2CH_2CH_3} — ou seja, butil metil éter) ou, dependendo das condições, ocorre transposição: na verdade, com um haleto primário e metóxido, o produto de substituição é o éter por substituição nucleofílica (isto é, 1‑butil metil éter). Esse é um produto razoavelmente acessível. (Nota: sob condições onde a nucleofilia domina, o produto principal é substituição; sob aquecimento intenso e/ou base muito volumosa, eliminação aumenta.)

Passo 6

Quando E2 pode crescer e quando não: regras práticas que ajudam na prova.
  • Aumentar temperatura favorece eliminação (E2) em relação à substituição (SN2) porque eliminação tem maior ganho entropia em muitos casos.
  • Usar base mais volumosa (por exemplo \mathrm{tBuO^-}) favorece E2 porque o ataque nucleofílico fica estericamente dificultado e a abstração de próton é mais fácil.
  • Aqui, com \mathrm{CH_3O^-} (pequeno) em \mathrm{CH_3OH} e substrato primário, essas condições não estão presentes → E2 só como concorrente menor.
  • Portanto, em condições normais (temperatura ambiente, \mathrm{NaOCH_3}/ \mathrm{CH_3OH}) espera‑se produto majoritário por \mathrm{S_N2} e uma pequena fração de \mathrm{E2} (a fração de eliminação aumenta com aquecimento).

Passo 7

Resumo final didático e dica de memorização:
  • Regra curta para prova: substrato primário + nucleófilo forte → \mathrm{S_N2} (a não ser que a base seja muito volumosa ou que haja condições térmicas fortes).
  • Substrato primário → evite pensar em \mathrm{S_N1} e \mathrm{E1} (a menos que haja estabilização do carbocátion).
  • Se pedirem explicar: cite estabilidade do carbocátion (para excluir SN1/E1), e cite estericidade + força do nucleófilo (para favorecer SN2), e comente que base pequena pode causar alguma E2, mas pouco comparado ao SN2.

Resposta

Predominante: \mathrm{S_N2}.
Competidora (menor): \mathrm{E2} em pequena proporção (aumenta com aquecimento ou base volumosa).
Negligíveis: \mathrm{S_N1} e \mathrm{E1}.

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