Para a mistura de solventes abaixo indique quais são empregados para uma reação via um mecanismo SN1 e SN2? Justifique sua resposta.
\mathrm{EteO}^{-} \mathrm{Na}^{+} / \mathrm{EteOH}

Passo 1

O enunciado pede: para a mistura apresentada, indique quais solventes são empregados para uma reação via mecanismo \mathrm{SN1} e quais para \mathrm{SN2}, justificando a escolha. As informações dadas no enunciado/imagem que vou usar são: \mathrm{EtO}^- \mathrm{Na}^+/\mathrm{EtOH} (ou seja, etóxido de sódio em etanol) e a presença da piridina como solvente (peguei a informação da imagem que mostra o anel de piridina seguido de “/ \mathrm{EtOH}”). Assim, os dois “ambientes” que aparecem são: \mathrm{EtOH} (etanol, solvente prótico) e piridina (solvente aprótico básico). Também foi dado o nucleófilo/base \mathrm{EtO}^- em presença de \mathrm{EtOH}.

Passo 2

O que é preciso entender sobre os mecanismos (aqui explico como se eu estivesse ao seu lado na véspera da prova):
  • \mathrm{SN1}: é substituição nucleofílica unimolecular. Tem duas etapas principais: (1) o grupo de saída sai, formando um carbocátion; (2) o nucleófilo ataca o carbocátion. A etapa determinante da velocidade é a formação do carbocátion, que é favorecida quando o carbocátion é estabilizado (ex.: terciários, ressonantes) e quando o meio solvatante estabiliza íons (solventes próticos polares solvatam bem o íon formado e diminuem a energia de ativação).
    • Conceito-chave: solventes próticos (que possuem H ligado a O ou N, ex.: \mathrm{EtOH}, \mathrm{H_2O}) solvatam fortemente ânions e estabilizam íons por ligações de hidrogénio — isso favorece a ionização do substrato e, portanto, \mathrm{SN1}.
  • \mathrm{SN2}: é substituição nucleofílica bimolecular, etapa única onde o nucleófilo ataca enquanto o grupo de saída sai (mecanismo concertado). A velocidade depende da concentração tanto do nucleófilo quanto do substrato. Nucleófilos “livres” e pouco solvatados atacam melhor.
    • Conceito-chave: solventes apróticos polares (ex.: piridina, DMSO, acetona) solvatam cátions mas não solvatam fortemente ânions, logo o nucleófilo aniónico fica “mais livre”/reactivo — isto favorece \mathrm{SN2}.

Passo 3

Análise das espécies dadas (vou explicar cada uma devagar, como gosto):
  • \mathrm{EtO}^- \mathrm{Na}^+/\mathrm{EtOH}: aqui \mathrm{EtO}^- é um nucleófilo/ base forte (etóxido). O solvente principal indicado é \mathrm{EtOH}, que é um solvente prótico polar. Em \mathrm{EtOH} o íon \mathrm{EtO}^- fica parcialmente solvatado (ligações de H da \mathrm{EtOH} ao oxigénio), o que diminui um pouco sua nucleofilicidade em relação a se ele estivesse em um solvente aprótico, mas ainda é um nucleófilo forte.
  • piridina: é um solvente aprótico com caráter básico moderado. Ela solva cátions (por interação com o par livre do N) mas não forma fortes ligações de hidrogénio com ânions, logo não “desativa” tanto nucleófilos aniónicos. Assim, em piridina um nucleófilo como \mathrm{EtO}^- (se estiver presente como tal) seria mais nucleofílico / reativo do que em \mathrm{EtOH}.

Passo 4

Como aplicamos isso para decidir \mathrm{SN1} vs \mathrm{SN2}:
  • Para \mathrm{SN1} queremos um solvente que favoreça a formação de íons (carbocátion + contra-íon). \mathrm{EtOH} é prótico e polar → stabiliza o carbocátion e o grupo saída como ânion, portanto \mathrm{EtOH} favorece \mathrm{SN1} (quando o substrato puder formar um carbocátion estável).
  • Para \mathrm{SN2} queremos um nucleófilo forte e pouco solvatação do nucleófilo. Um solvente aprótico como a piridina não solva fortemente o ânion e deixa o nucleófilo mais “disponível” para atacar → piridina favorece \mathrm{SN2}.

Passo 5

Observações práticas e exceções úteis para a prova (não esquece!):
  • Mesmo que \mathrm{EtO}^- seja um forte nucleófilo, se ele estiver em \mathrm{EtOH} a nucleofilicidade fica reduzida comparada a estar em aproticos; portanto, uma mistura \mathrm{EtO}^- / \mathrm{EtOH} tende a favorecer reações conduzidas por nucleófilos quando o substrato for primário (favorável a \mathrm{SN2}), mas se o substrato for terciário o caminho \mathrm{SN1} (ou E2) domina.
  • Piridina + um nucleófilo aniónico (ou substrato solúvel nela) é uma boa escolha para \mathrm{SN2}.
  • Além disso, bases fortes em solventes proticos favoreitam eliminação ( \mathrm{E2}) quando o substrato é impedido estereometricamente para \mathrm{SN2}. Então sempre olhe o tipo de substrato na prova (primário → \mathrm{SN2} com nucleófilo forte; terciário → \mathrm{SN1} se o solvente é prótico e formador de íons).

Passo 6

Resposta clara e direta (resumindo a justificativa em uma linha cada, para a sua folha de respostas):
  • Use \mathrm{EtOH} (etanol, solvente prótico) para favorecer \mathrm{SN1}: justificação — solvente prótico estabiliza carbocátions e facilita a ionização (formação do carbocátion), etapa chave da \mathrm{SN1}.
  • Use piridina (solvente aprótico) para favorecer \mathrm{SN2}: justificação — solvente aprótico não solva fortemente ânions, deixando o nucleófilo mais reativo e favorecendo o ataque concertado característico da \mathrm{SN2}.

Resposta

\mathrm{SN1}:\\ \mathrm{EtOH} (etanol, solvente prótico) — porque solventes próticos estabilizam carbocátions e favorecem ionização.
\mathrm{SN2}:\\ \text{Piridina} (solvente aprótico) — porque solventes apróticos não solvatam fortemente ânions, tornando o nucleófilo mais reativo e favorecendo o ataque bimolecular.

Exercícios relacionados