Coloque em ordem os seguintes brometos de alquila, do mais reativo para o menos reativo em uma reação de
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
":
-bromo-
-metilpentano),
-cloro-
-metilpentano),
-cloropentano) e
-iodo-
-metilpentano).\n
Informações que temos no enunciado (listas claras para não nos perder):
Informações que temos no enunciado (listas claras para não nos perder):
- Os quatro compostos são haletos de alquila com halogênios diferentes (
). - Três deles têm o halogênio no carbono
que também tem um grupo metil (ou seja, são haletos no mesmo carbono substituído): -iodo- -metilpentano), -bromo- -metilpentano), -cloro- -metilpentano). - Um deles é
-cloropentano), com o cloro no carbono . - A tarefa é ordenar do mais reativo para o menos reativo numa reação do tipo
.
Passo 2
O que é essencial na reação
(explicação didática, passo a passo)?
- A sigla
indica uma substituição nucleofílica unimolecular. “Unimolecular” significa que a etapa lenta envolve apenas a molécula do substrato (o haleto). - 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.
- 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).
- Em fórmula simples da velocidade:
Isso significa que o passo limitante é unimolecular e depende só do substrato. Portanto, para comparar reatividades em
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)?
- Regras gerais: carbocátions são mais estáveis quando têm mais substituintes alquila ligados ao carbono carregado. Assim a ordem de estabilidade é
- 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.
- 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
.
Passo 4
Como avaliar a habilidade do grupo de saída (haleto) na
?
- 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.
- Para haletos, a habilidade de saída segue a ordem (em solventes polares proticos típicos):
- 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:
é maior e mais polarizável, estabiliza melhor a carga negativa, sendo uma base mais fraca efetiva.
- Conclusão prática: entre haletos no mesmo tipo de carbono, o iodeto terá maior propensão a sair (maior reatividade
), depois brometo, depois cloreto.
Passo 5
Identificação do tipo de carbono ligado ao halogênio em cada composto (análise estrutural)
-
-iodo- -metilpentano): o carbono 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. -
-bromo- -metilpentano): idem ao anterior, é um haleto em carbono terciário (bromo ligado ao carbono que é terciário). -
-cloro- -metilpentano): também um haleto terciário (cloro no carbono terciário). -
-cloropentano): o cloro está no carbono 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
- Todos os haletos no carbono
( -X- -metilpentano) geram um carbocátion terciário. Portanto, quanto ao fator “estabilidade do carbocátion”, esses três são muito favorecidos para comparados a -cloropentano (que forma um carbocátion secundário). - Entre os três terciários, a diferença virá do grupo de saída:
. Então a ordem entre eles será:
- Agora comparar
-cloro- -metilpentano) (terciário, cloro) com -cloropentano) (secundário, cloro): ambos têm o mesmo grupo de saída ( ), mas o carbocátion terciário é mais estável que o secundário, logo o terciário é muito mais reativo em .
Passo 7
Montando a ordem final do mais reativo para o menos reativo
- O mais reativo será o que conjuga melhor os dois fatores (carbocátion mais estável e melhor grupo de saída). Isso é
-iodo- -metilpentano) — carbocátion terciário + iodeto (melhor leaving group). - Seguem-se os outros dois terciários em ordem de habilidade do leaving group: primeiro o brometo, depois o cloreto.
- Por último,
-cloropentano) (carbocátion secundário e cloro como leaving group), que é o menos reativo na via .