1- Descreva os tipos de mecanismos de reação de substituição e quais os fatores que influenciam para a reação seguir o mecanismo.

Passo 1

O enunciado pede para descrever os tipos de mecanismos de substituição em química orgânica e listar os fatores que determinam qual via a reação vai seguir. O conteúdo envolve principalmente as substituições nucleofílicas alifáticas: mecanismo bimolecular S_\mathrm{N}2 e unimolecular S_\mathrm{N}1, além dos fatores que influenciam essas vias (substrato, nucleófilo, grupo de saída, solvente, temperatura).

Passo 2

No mecanismo S_\mathrm{N}2 (substituição nucleofílica bimolecular) ocorre um ataque concertado: o nucleófilo ataca o carbono ligado ao grupo de saída ao mesmo tempo em que este se desprende. As características principais são
  1. cinética de segunda ordem: velocidade \propto[\text{substrato}]\,[\text{nucleófilo}]ó,
  2. inversão de configuração estereoquímica (ataque “back‐side”),
  3. sensível ao impedimento estérico do carbono atacado (substratos primários reagem rápido, terciários praticamente não reagem).

Passo 3

No mecanismo S_\mathrm{N}1 (substituição nucleofílica unimolecular) a etapa determinante de velocidade é a formação de um carbocátion pela saída do grupo \mathord{-}X. As características principais são
  1. cinética de primeira ordem: velocidade \propto[\text{substrato}],
  2. formação de carbocátion intermediário (possível rearranjo),
  3. mistura racêmica se o carbono for quiral,
  4. favorecido em substratos secundários e terciários (estabilidade do carbocátion).

Passo 4

Os fatores que influenciam a via preferencial são
• Substrato: primário e pouco impedido → S_\mathrm{N}2; terciário e estável como carbocátion → S_\mathrm{N}1.
• Nucleófilo: forte e carregado (ex.: \mathrm{HO^-}, \mathrm{CN^-}) favorece S_\mathrm{N}2; nucleófilos fracos (ex.: água, álcoois) combinam com S_\mathrm{N}1.
• Grupo de saída: melhor quanto mais estável é a base conjugada (ex.: \mathrm{I^-} > \mathrm{Br^-} > \mathrm{Cl^-}).
• Solvente: prótico (liga‐se a nucleófilos carregados, enfraquecendo‐os) favorece S_\mathrm{N}1; aprótico polar (não solvata nucleófilos carregados) favorece S_\mathrm{N}2.
• Temperatura e concentração: S_\mathrm{N}2 acelera com mais nucleófilo; S_\mathrm{N}1 acelera com aumento de temperatura que facilita a formação do carbocátion.

Resposta

S_\mathrm{N}2: reação concertada, cinética de segunda ordem, inversão estereoquímica, favorecida por substratos primários, nucleófilos fortes e solventes apróticos. S_\mathrm{N}1: reação em duas etapas com carbocátion intermediário, cinética de primeira ordem, mistura racêmica, favorecida por substratos secundários/terciários, nucleófilos fracos e solventes próticos.

Exercícios relacionados