Qual haleto de alquila é mais reativo numa reação \mathrm{S}_{\mathrm{N}} 2 com o nucleófilo dado? Assuma que os haletos de alquila possuem a mesma estabilidade.
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{Br} or \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{I}

Passo 1

O enunciado dá dois haletos de alquila e pede para dizer qual é mais reativo numa reação \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 com o nucleófilo que foi dado (assuma que o nucleófilo é suficientemente bom e que os haletos têm a mesma estabilidade). As espécies fornecidas são:
  • \mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{Br}
  • \mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{I}
A pergunta é: qual desses dois haletos reage mais rapidamente por \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2?

Passo 2

O que é uma reação \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 (explicação didática): \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 significa substituição nucleofílica, bimolecular. Na \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 o nucleófilo ataca o carbono ligado ao halogénio ao mesmo tempo em que o haleto (grupo deixante) se vai embora. É um mecanismo concertado (num só passo) e o estado de transição tem o nucleófilo parcialmente ligado e o haleto parcialmente desligado. A cinética segue a lei:
\text{Rate} = k\,[\text{Nu}^-]\,[\text{R–LG}]
onde k é a constante de velocidade, [\text{Nu}^-] é a concentração do nucleófilo e [\text{R–LG}] a do substrato (o haleto de alquila). Portanto, para substratos idênticos a habilidade do grupo deixante (LG) influencia fortemente k e, logo, a velocidade.

Passo 3

Fatores que influenciam a velocidade de \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2 (resumo prático e aplicável na prova):
  • Estérica: quanto mais simples (menos volumoso) for o carbono atingido, mais rápido a \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2. Aqui ambos os substratos são primários (mesma estericidade), então essa não diferencia.
  • Capacidade do grupo deixante: quanto melhor o deixante, mais facilmente sai como ânion e menor é a barreira de ativação da \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2. Esse é o fator decisivo neste problema.
  • Solvente e nucleófilo também importam, mas o enunciado pede comparação entre os dois haletos mantendo as demais condições fixas, então comparamos somente a habilidade do halogénio como deixante.

Passo 4

O que torna um halogeneto um bom grupo deixante (aula curta):
  • Um bom grupo deixante é um ânion estável depois de sair. Estabilidade do ânion depende de tamanho, polarizabilidade e da força do ácido conjugado.
  • Ácido conjugado: quanto mais forte o ácido conjugado \mathrm{HX}, mais estável é X^- e melhor é o deixante. Por exemplo, \mathrm{HI} é um ácido mais forte que \mathrm{HBr} (valor aproximado \mathrm{p}K_a(\mathrm{HI})\approx-10 e \mathrm{p}K_a(\mathrm{HBr})\approx-9), portanto \mathrm{I}^- é mais estável que \mathrm{Br}^- e é um deixante melhor.
  • Polarizabilidade: íons maiores (como \mathrm{I}^-) são mais polarizáveis; isso ajuda a estabilizar a carga no estado de transição da \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2, diminuindo a energia de ativação.

Passo 5

Comparação específica entre \mathrm{Br} e \mathrm{I} (aplicando a teoria):
  • Ligação carbono–halogénio: a ligação \mathrm{C–I} é mais fraca que \mathrm{C–Br}. Ligação mais fraca significa que é energeticamente mais fácil quebrá‑la durante a substituição.
  • Tamanho e polarizabilidade: \mathrm{I}^- é maior e mais polarizável do que \mathrm{Br}^-; isso ajuda a estabilizar tanto o ânion que sai quanto o estado de transição, favorecendo a \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2.
  • Força do ácido conjugado: como mencionado, \mathrm{HI} é mais forte que \mathrm{HBr}, logo \mathrm{I}^- é um deixante melhor que \mathrm{Br}^-.

Passo 6

Conclusão lógica passo a passo:
  1. Ambos os substratos são primários — mesma estericidade — então o fator steric não altera a comparação.
  2. A diferença chave é o halogénio ligado: \mathrm{I} versus \mathrm{Br}.
  3. \mathrm{I}^- é um dejante melhor por ser maior, mais polarizável, mais estável como ânion e por \mathrm{HI} ser um ácido mais forte.
  4. Ligação \mathrm{C–I} é mais fraca que \mathrm{C–Br}, logo é mais fácil para o iodo sair durante a \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2.
  5. Portanto o substrato com iodo apresenta uma constante de velocidade efetiva maior e reage mais rápido por \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2.

Passo 7

Resposta direta e dica para a prova (motivação): para comparar haletos numa \mathrm{S}_{\mathrm{N}}2, veja primeiro a estericidade (primário < secundário < terciário) e, se empatados, escolha o que tiver o melhor deixante (tipicamente \mathrm{I}^- > \mathrm{Br}^- > \mathrm{Cl}^- > \mathrm{F}^-). Esse atalho resolve o problema rápido na prova.

Resposta

\mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{I}

Exercícios relacionados