Há quatro isômeros constitucionais com a fórmula molecular \mathrm{C}_{4} \mathrm{H}_{9} \mathrm{Br} (desconsidere estereoisômeros).
(a) Desenhe suas estruturas e classifique-os em haletos primários, secundários e terciários;
(b) Coloque-os em ordem crescente de reatividade por um mecanismo \mathrm{S}_{\mathrm{N}} 2. Explique suas escolhas;
(c) Qual desses isômeros apresenta a maior reatividade por um mecanismo S_{N} 1 ? E a qual apresenta a menor reatividade? Justifique.

Passo 1

O enunciado pede para os quatro isômeros constitucionais de \mathrm{C}_{4}\mathrm{H}_{9}\mathrm{Br}:
• Desenhar suas estruturas e classificá-los em haletos primários, secundários e terciários.
• Ordená-los em ordem crescente de reatividade por mecanismo \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2.
• Indicar qual tem a maior e qual a menor reatividade por mecanismo \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1.
Conteúdo usado: classificação de haletos orgânicos, influência do impedimento estérico no \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 e estabilidade de carbocátions no \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1.

Passo 2

Os quatro isômeros são:
  1. 1-bromobutano (n-butil brometo) \mathrm{CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}Br} – o carbono ligado ao bromo tem dois hidrogênios → primário.
  2. 1-bromo-2-metilpropano (isobutil brometo) \mathrm{(CH_{3})_{2}CH-CH_{2}Br} – o carbono do \mathrm{CH_{2}Br} também tem dois hidrogênios → primário, mas com ramificação no carbono vizinho.
  3. 2-bromobutano (sec-butil brometo) \mathrm{CH_{3}-CHBr-CH_{2}-CH_{3}} – o carbono ligado ao bromo tem um hidrogênio e duas ligações a carbonos → secundário.
  4. 2-bromo-2-metilpropano (tert-butil brometo) \mathrm{(CH_{3})_{3}CBr} – o carbono ligado ao bromo está ligado a três grupos metila → terciário.

Passo 3

Reatividade em \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2:
• A etapa lenta é o ataque do nucleófilo no carbono com o haleto. Quanto mais impedido, mais lenta a reação.
• Ordem de impedimento: terciário > secundário > primário; e entre primários, o isobutil (ramificação interna) é mais impedido que o n-butil.
Portanto, em ordem crescente de reatividade \text{mais lento}\to\text{mais rápido}á:
\text{tert-butil brometo} < \text{2-bromobutano} < \text{isobutil brometo} < \text{1-bromobutano}.

Passo 4

Reatividade em \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1:
• A etapa lenta é a formação do carbocátion. Quanto mais estável o cátion, mais rápida a reação.
• Estabilidade de carbocátion: terciário > secundário > primário; entre primários simples, o n-butil e o isobutil geram cátions primários semelhantes (o isobutil só tem ramificação no carbono adjacente, sem formar cátion secundário), mas ambos são muito menos estáveis que o secundário.
Logo, o mais reativo em \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1 é o tert-butil brometo e o menos reativo é o 1-bromobutano.

Resposta

(a)
  1. \mathrm{CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}Br}: primário
  2. \mathrm{(CH_{3})_{2}CH-CH_{2}Br}: primário
  3. \mathrm{CH_{3}-CHBr-CH_{2}-CH_{3}}: secundário
  4. \mathrm{(CH_{3})_{3}CBr}: terciário
(b) Ordem crescente de reatividade \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2:
tert-butil brometo < 2-bromobutano < isobutil brometo < 1-bromobutano
(c) Em \mathrm{S}_{\mathrm{N}}1, maior reatividade: tert-butil brometo.
Menor reatividade: 1-bromobutano.

Exercícios relacionados