- Qual dos compostos em cada um dos pares reagirá mais rapidamente com
em uma reação
? Justifique suas respostas.
d. cloreto de n-pentila ou cloreto de tert-butila.
Passo 1
O enunciado pergunta qual dos dois compostos reage mais rapidamente com H2O por uma reação SN2 e pede justificativa. Os dados que temos são:
- Compostos a comparar (dados diretamente no enunciado):
- cloreto de n-pentila (substrato primário, cadeia linear de 5 carbonos ligada ao C que contém o Cl);
- cloreto de tert-butila (substrato terciário, carbono ligado a Cl é ligado a três grupos metila).
- Reagente/nucleófilo:
. - Tipo de mecanismo imposto:
.
Passo 2
O que é uma reação
— explicação passo a passo e importante para a prova.
- Em
(substituição nucleofílica bimolecular) o nucleófilo ataca o carbono ligado ao grupo deixante (aqui o Cl) ao mesmo tempo em que o grupo deixante sai. Não há formação estacionária de carbocátion. - Característica-chave: ataque de retaguarda (backside attack), isto é, o nucleófilo deve aproximar-se do lado oposto ao Cl para sobrepor os orbitais e formar a ligação nova enquanto a antiga se rompe.
- Consequência prática: a reação precisa de espaço livre no carbono atingido para o nucleófilo se aproximar. Assim, estericamente menos congestionado → mais fácil o ataque → maior velocidade em
.
Passo 3
Lei de velocidade da
e interpretação intuitiva.
- A equação de velocidade típica é
onde
é a constante de velocidade que depende, entre outras coisas, da facilidade do ataque do nucleófilo ao carbono.
- Para comparar dois substratos com o mesmo nucleófilo em mesmas condições, a diferença principal vem do valor de
: substratos menos impedidos estéricamente têm maior porque o estado de transição é mais acessível.
Passo 4
Efeito da estrutura do substrato na reatividade
.
- Ordem prática de reatividade em
(mantendo mesmo nucleófilo/solvente): - metílico
primário secundário terciário.
- metílico
- Por que isso ocorre (explicação didática): imagine o carbono com o Cl rodeado por grupos. Quanto mais e maiores forem esses grupos, menor o espaço para o nucleófilo se aproximar pelo lado oposto; além disso, grupos volumosos criam repulsão com o nucleófilo no estado de transição, aumentando sua energia e diminuindo a velocidade.
- Portanto, um substrato terciário é fortemente desfavorável para
.
Passo 5
Papel do nucleófilo e do solvente (por que mencionar água é importante).
- Água é um nucleófilo relativamente fraco e é um solvente prótico (forma ligações de hidrogénio). Solventes próticos solvatam (estabilizam) nucleófilos carregados e reduzem sua nucleofilicidade.
- Em presença de água,
fica mais lenta do que em solventes apróticos fortes; contudo, essa consideração afeta ambos os substratos. O fator decisivo para diferenciar primário vs terciário continua sendo o impedimento estérico. - Observação extra útil para prova: substratos terciários, em solvente prótico, geralmente reagem por
(formação de carbocátion) em vez de .
Passo 6
Aplicando tudo aos dois compostos do enunciado.
- cloreto de n-pentila: o carbono ligado ao Cl é primário — ou seja, apenas um grupo orgânico grande (cadeia pentila) e dois hidrogênios. Espaço suficiente para que
ataque por retaguarda. - cloreto de tert-butila: o carbono ligado ao Cl é terciário — ligado a três grupos metila volumosos. Esse carbono está muito congestionado; ataque por retaguarda é praticamente bloqueado.
- Conclusão qualitativa imediata: para o mecanismo
com água como nucleófilo, o cloreto de n-pentila terá uma constante de velocidade muito maior que a do cloreto de terc-butila, logo reagirá muito mais rápido.
Passo 7
Comentário extra (útil na prova para mostrar domínio): alternativa de mecanismo para o terciário.
- O cloreto de terc-butila, embora reaja pouco (quase nada) por
, é exatamente o tipo de substrato que favorece em solventes polares próticos como água, porque forma um carbocátion terciário relativamente estável. Assim, na presença de água, o cloreto de terc-butila tende a reagir (se reagir) por , não por . - Esse ponto ajuda a justificar por que não escolher o terciário quando a questão pede especificamente velocidade em
.
Passo 8
Resumo final didático e motivador: como lembrar disso rápido na prova.
- Regra prática: para
olhe primeiro o tipo de carbono (metílico/primário/…) — quanto menos substituído, melhor. Se o substrato for terciário, descarte e pense em . - Neste par: primário (n-pentila) ganha fácil sobre terciário (tert-butila) em
com água.
Resposta
cloreto de n-pentila