Descreva o mecanismo de reação para as \mathrm{S}_{\mathrm{N}} 2 e \mathrm{S}_{\mathrm{N}} 1 e explicite as suas principais diferenças.

Passo 1

O enunciado pede que descrevamos os mecanismos de substituição nucleofílica bimolecular \mathrm{S_N2} e unimolecular \mathrm{S_N1}, mostrando suas etapas, os intermediários envolvidos e, por fim, explicitar as principais diferenças entre eles. Para isso vamos usar conceitos de cinética química (lei de velocidade), estrutura do substrato e efeitos estereoquímicos e de solvente.

Passo 2

Mecanismo \mathrm{S_N2} (concertado, de segunda ordem)
A reação ocorre em um único passo concertado, sem intermediários isoláveis. Primeiro, o nucleófilo ataca o carbono ligado ao grupo de saída \mathrm{LG} pelo lado oposto (ataque de retaguarda), formando um complexo ativado (estado de transição) e expulsando simultaneamente \mathrm{LG^-}. O esquema global é:
\mathrm{R\!-\!LG} + \mathrm{Nu^-} \;\xrightarrow{\mathrm{SN2}}\; [\mathrm{R\!-\!Nu\!-\!LG}]^\ddagger \;\to\; \mathrm{R\!-\!Nu} + \mathrm{LG^-}
A lei de velocidade é
\text{velocidade} = k\,[\mathrm{R\!-\!LG}]\,[\mathrm{Nu^-}],
indicando que tanto o substrato quanto o nucleófilo entram na etapa determinante de velocidade. Esse mecanismo gera inversão de configuração no centro estereogênico (inversão de Walden), é favorecido em substratos primários ou metílicos, em solventes polares apróticos e exige nucleófilos fortes.

Passo 3

Mecanismo \mathrm{S_N1} (em duas etapas, de primeira ordem)
A reação ocorre em duas etapas distintas:
  1. Em uma etapa lenta e determinante de velocidade, o grupo de saída deixa o substrato, formando um carbocátion intermediário:
\mathrm{R\!-\!LG} \;\xrightarrow{\mathrm{etapa\;lenta}}\; \mathrm{R^+} + \mathrm{LG^-}
  1. Em uma etapa rápida, o nucleófilo ataca o carbocátion gerado, formando o produto:
\mathrm{R^+} + \mathrm{Nu^-} \;\to\; \mathrm{R\!-\!Nu}
A lei de velocidade depende apenas do substrato:
\text{velocidade} = k\,[\mathrm{R\!-\!LG}],
ou seja, é unimolecular. Como o carbocátion é planar, o ataque do nucleófilo pode ocorrer de ambos os lados, levando a racemização parcial (quando há centro quiral). O mecanismo é favorecido em substratos terciários e em solventes polares próticos; não exige nucleófilos especialmente fortes.

Passo 4

Principais diferenças
Cinética e ordem de reação:
1. \mathrm{S_N2} é bimolecular com \text{velocidade}=k[\mathrm{R\!-\!LG}][\mathrm{Nu^-}], enquanto \mathrm{S_N1} é unimolecular com \text{velocidade}=k[\mathrm{R\!-\!LG}].
Mecanismo e intermediários:
2. \mathrm{S_N2} é concertado (sem intermediários isoláveis), \mathrm{S_N1} envolve um carbocátion.
Estereoquímica:
3. \mathrm{S_N2} causa inversão absoluta de configuração; \mathrm{S_N1} leva a racemização por ataque em carbocátion planar.
Substrato e nucleófilo:
4. \mathrm{S_N2} favorece substratos primários/metílicos e nucleófilos fortes; \mathrm{S_N1} favorece substratos terciários e tolera nucleófilos mais fracos.
Solvente:
5. \mathrm{S_N2} prefere solventes polares apróticos; \mathrm{S_N1} prefere solventes polares próticos.

Resposta

Descrevemos acima o mecanismo concertado de \mathrm{S_N2} (ataque de retaguarda, inversão de configuração, lei de velocidade bimolecular) e o mecanismo em duas etapas de \mathrm{S_N1} (formação de carbocátion, racemização parcial, lei de velocidade unimolecular), e detalhamos suas principais diferenças em termos de cinética, estereoquímica, preferência de substrato, força do nucleófilo e efeito de solvente.

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