Coloque em ordem os seguintes brometos de alquila, do mais reativo para o menos reativo em uma reação de \mathrm{S}_{\mathrm{N}} 1:

2-Bromo-2-metilpentano, 2-cloro-2-metilpentano, 3-cloropentano e 2-iodo-2metilpentano

Passo 1

O enunciado pede: "Coloque em ordem os seguintes brometos de alquila, do mais reativo para o menos reativo em uma reação de \mathrm{S_N1}": 2-bromo- 2-metilpentano), 2-cloro- 2-metilpentano), 3-cloropentano) e 2-iodo- 2-metilpentano).\n
Informações que temos no enunciado (listas claras para não nos perder):
  1. Os quatro compostos são haletos de alquila com halogênios diferentes ( \mathrm{I},\mathrm{Br},\mathrm{Cl}).
  2. Três deles têm o halogênio no carbono 2 que também tem um grupo metil (ou seja, são haletos no mesmo carbono substituído): 2-iodo- 2-metilpentano), 2-bromo- 2-metilpentano), 2-cloro- 2-metilpentano).
  3. Um deles é 3-cloropentano), com o cloro no carbono 3.
  4. A tarefa é ordenar do mais reativo para o menos reativo numa reação do tipo \mathrm{S_N1}.

Passo 2

O que é essencial na reação \mathrm{S_N1} (explicação didática, passo a passo)?
  1. A sigla \mathrm{S_N1} indica uma substituição nucleofílica unimolecular. “Unimolecular” significa que a etapa lenta envolve apenas a molécula do substrato (o haleto).
  2. Mecanismo básico em duas etapas:
    • Etapa lenta (determina a velocidade): perda do grupo de saída (o haleto) e formação de um carbocátion.
    • Etapa rápida: ataque do nucleófilo ao carbocátion formado.
  3. Consequência prática: a velocidade da reação depende fundamentalmente de quão fácil é formar o carbocátion (isto é, quão estável é o carbocátion resultante) e de quão bom é o grupo de saída (o haleto).
  4. Em fórmula simples da velocidade:
\text{velocidade} = k[\text{substrato}]
Isso significa que o passo limitante é unimolecular e depende só do substrato. Portanto, para comparar reatividades em \mathrm{S_N1} olhamos principalmente para (a) estabilidade do carbocátion que se formaria e (b) habilidade do haleto de sair.

Passo 3

Como avaliar a estabilidade do carbocátion (por que importa e como estimar)?
  1. Regras gerais: carbocátions são mais estáveis quando têm mais substituintes alquila ligados ao carbono carregado. Assim a ordem de estabilidade é
\text{terciário} > \text{secundário} > \text{primário} > \text{metílico}.áááí
  1. Por quê? Dois mecanismos principais que estabilizam um carbocátion:
    • Efeito indutivo: grupos alquila doam densidade eletrônica por ligação sigma, ajudando a distribuir a carga positiva.
    • Hiperconjugação: os hidrogênios em carbonos vizinhos (ou ligações C–H/C–C adjacentes) podem interagir com o orbital vazio do carbocátion, estabilizando-o. Quanto mais ligações C–H adjacentes capazes de hiperconjugar, maior estabilização.
  2. Exemplo simples: um carbocátion terciário (com três grupos alquila) tem mais hiperconjugação e doação indutiva do que um secundário, então é mais fácil formá-lo — logo substratos que geram carbocátions terciários reagem muito mais rápido em \mathrm{S_N1}.

Passo 4

Como avaliar a habilidade do grupo de saída (haleto) na \mathrm{S_N1}?
  1. Um bom grupo de saída é aquele que forma uma base fraca quando sai. Isso facilita a perda do grupo e a formação do carbocátion.
  2. Para haletos, a habilidade de saída segue a ordem (em solventes polares proticos típicos):
\mathrm{I^-} > \mathrm{Br^-} > \mathrm{Cl^-}.
  1. Razões simples e intuitivas:
    • Força da ligação C–X: ligações C–I são mais fracas que C–Br e C–Cl, então é mais fácil quebrá-las.
    • Polarizabilidade: \mathrm{I^-} é maior e mais polarizável, estabiliza melhor a carga negativa, sendo uma base mais fraca efetiva.
  2. Conclusão prática: entre haletos no mesmo tipo de carbono, o iodeto terá maior propensão a sair (maior reatividade \mathrm{S_N1}), depois brometo, depois cloreto.

Passo 5

Identificação do tipo de carbono ligado ao halogênio em cada composto (análise estrutural)
  1. 2-iodo- 2-metilpentano): o carbono 2 tem três substituintes alquila (grupo metil adicional mais os dois fragmentos da cadeia pentana), portanto é um carbono terciário. Se o iodo sai, formamos um carbocátion terciário.
  2. 2-bromo- 2-metilpentano): idem ao anterior, é um haleto em carbono terciário (bromo ligado ao carbono 2 que é terciário).
  3. 2-cloro- 2-metilpentano): também um haleto terciário (cloro no carbono 2 terciário).
  4. 3-cloropentano): o cloro está no carbono 3 de uma pentana linear; esse carbono tem dois grupos alquila ligados (fragmentos C2 e C4), portanto é um carbono secundário. Se o cloro sai, formamos um carbocátion secundário.
    Observação amigável: eu peguei essas informações do próprio nome dos compostos (nomes indicam posição do halogênio e do metil). Não há figura; a interpretação é feita pela nomenclatura.

Passo 6

Aplicando as regras: combinar estabilidade do carbocátion com habilidade do grupo de saída
  1. Todos os haletos no carbono 2 ( 2-X- 2-metilpentano) geram um carbocátion terciário. Portanto, quanto ao fator “estabilidade do carbocátion”, esses três são muito favorecidos para \mathrm{S_N1} comparados a 3-cloropentano (que forma um carbocátion secundário).
  2. Entre os três terciários, a diferença virá do grupo de saída: \mathrm{I} > \mathrm{Br} > \mathrm{Cl}. Então a ordem entre eles será:
2\text{-iodo-}2\text{-metilpentano} > 2\text{-bromo-}2\text{-metilpentano} > 2\text{-cloro-}2\text{-metilpentano}.
  1. Agora comparar 2-cloro- 2-metilpentano) (terciário, cloro) com 3-cloropentano) (secundário, cloro): ambos têm o mesmo grupo de saída ( \mathrm{Cl^-}), mas o carbocátion terciário é mais estável que o secundário, logo o terciário é muito mais reativo em \mathrm{S_N1}.

Passo 7

Montando a ordem final do mais reativo para o menos reativo
  1. O mais reativo será o que conjuga melhor os dois fatores (carbocátion mais estável e melhor grupo de saída). Isso é 2-iodo- 2-metilpentano) — carbocátion terciário + iodeto (melhor leaving group).
  2. Seguem-se os outros dois terciários em ordem de habilidade do leaving group: primeiro o brometo, depois o cloreto.
  3. Por último, 3-cloropentano) (carbocátion secundário e cloro como leaving group), que é o menos reativo na via \mathrm{S_N1}.

Resposta

2-iodo- 2-metilpentano)
2-bromo- 2-metilpentano)
2-cloro- 2-metilpentano)
3-cloropentano)

Exercícios relacionados