Para a mistura de solventes abaixo indique quais são empregados para uma reação via um mecanismo SN1 e SN2? Justifique sua resposta.
\mathrm{MeOH} / \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}

Passo 1

O enunciado pede: para as misturas de solventes abaixo, indicar quais são empregadas para uma reação via mecanismo \mathrm{S_N1} e quais para \mathrm{S_N2}, com justificativa. As misturas dadas são: \mathrm{MeOH}/\mathrm{H_2O} (escrita no enunciado) e a mistura representada na imagem, que eu interpretei como \text{piridina}/\mathrm{EtOH} (peguei essa segunda mistura diretamente da imagem). Não me foi pedido resolver uma reação específica (substrato não informado), apenas dizer qual mistura favorece qual mecanismo e justificar.

Passo 2

Vamos entender, passo a passo, o que cada mecanismo exige — isso é a base para justificar a escolha de solvente.
  • O mecanismo \mathrm{S_N1} ocorre em duas etapas principais:
    1. ionização do substrato (formação do carbocátion e perda do grupo saída), e depois
    2. ataque do nucleófilo ao carbocátion.
      A velocidade da reação \mathrm{S_N1} depende só da concentração do substrato. Em forma simbólica:
    \text{velocidade}_{\mathrm{S_N1}} = k[\text{substrato}].
    Então, o fator que mais importa para \mathrm{S_N1} é a facilidade de formar e estabilizar o carbocátion (energia de ativação da ionização).
  • O mecanismo \mathrm{S_N2} ocorre numa única etapa: o nucleófilo ataca enquanto o grupo saída sai — etapa concertada. A velocidade depende da concentração do substrato e do nucleófilo:
    \text{velocidade}_{\mathrm{S_N2}} = k[\text{substrato}][\text{nucleófilo}].ó
    Aqui o que importa é a “força” e disponibilidade do nucleófilo e a ausência de obstáculos estéricos para o ataque.

Passo 3

Agora, o papel do solvente — duas características importantes:
  • Polaridade (capacidade de estabilizar cargas): solventes polares estabilizam espécies iônicas. Para \mathrm{S_N1}, solventes polares diminuem a energia da etapa de ionização (estabilizam o carbocátion e o ânion formado), portanto aceleram \mathrm{S_N1}.
  • Proticidade (capacidade de formar ligações de hidrogênio): solventes próticos (ex.: água, álcool como metanol, etanol) solvatam fortemente aniões e nucleófilos através de pontes de hidrogênio. Essa solvatacão “envolve” o nucleófilo e o torna menos nucleofílico — isto é ruim para \mathrm{S_N2}. Solventes apróticos polares (ex.: piridina, DMSO, DMF, acetona) não formam fortes ligações de H com aniões; eles solvatam cátions, mas deixam os aniões relativamente “descobertos” e portanto mais reativos como nucleófilos — isso favorece \mathrm{S_N2}.
Resumindo de forma prática:
  • Solventes polares próticos → favorecem \mathrm{S_N1} (estabilizam carbocátions; desativam nucleófilos).
  • Solventes polares apróticos → favorecem \mathrm{S_N2} (mantêm nucleófilos reativos).

Passo 4

Aplicando isso às misturas:
  • \mathrm{MeOH}/\mathrm{H_2O}: tanto \mathrm{MeOH} (metanol) quanto \mathrm{H_2O} (água) são solventes polares e próticos. Eles estabilizam bem íons (ajudam a formar e estabilizar um carbocátion) e, ao mesmo tempo, solvatam e “desarmam” nucleófilos (reduzem a força do nucleófilo). Portanto essa mistura favorece ionização seguida de ataque — isto é, favorece reações via \mathrm{S_N1}. Exemplo típico: uma solvolise de um haleto terciário em \mathrm{H_2O}/ \mathrm{MeOH} gera carbocátion e depois substituição por \mathrm{H_2O} ou \mathrm{MeOH}.
  • \text{piridina}/\mathrm{EtOH} (peguei \text{piridina} da imagem): aqui temos um componente importante, a \text{piridina}, que é um solvente polar aprótico (é aromático nitrogenado, não doa H para formar fortes ligações de H com aniões) e atua também como base fraca. A presença de um solvente aprótico polar mantém o nucleófilo mais “livre” (não fortemente solvatado), favorecendo ataques nucleofílicos bimoleculares ( \mathrm{S_N2}). \mathrm{EtOH} (etanol) é prótico, mas é menos polar e um pouco menos solvata que \mathrm{H_2O} e \mathrm{MeOH} — numa mistura onde a piridina é solvente predominante, o efeito aprótico da piridina tende a predominar, favorecendo \mathrm{S_N2}. Além disso, piridina pode ajudar a neutralizar ácidos gerados e, em muitos procedimentos, é usada quando se deseja favorecer substituições bimoleculares ou atuar como base/solvente que não “mata” o nucleófilo. Portanto, em termos práticos, a mistura \text{piridina}/\mathrm{EtOH} tende a favorecer \mathrm{S_N2} (mais disponibilidade do nucleófilo para ataque concertado).

Passo 5

Observações úteis para a prova (dicas rápidas, estilo amigo que te dá um macete):
  • Se vir \mathrm{H_2O} ou \mathrm{MeOH} como solvente principal, pense imediatamente em \mathrm{S_N1} (principalmente com substratos secundários/terciários).
  • Se vir solvente aprótico polar (piridina, DMSO, DMF, acetona), pense em \mathrm{S_N2} (especialmente com substratos primários ou metílicos).
  • Quando for mistura, identifique qual componente domina o comportamento (proporção ou papel prático). Se o aprótico estiver presente e em proporção significativa, pode favorecer \mathrm{S_N2} mesmo que haja algum álcool presente.

Resposta

\mathrm{MeOH}/\mathrm{H_2O}: favorece \mathrm{S_N1}.
\text{piridina}/\mathrm{EtOH}: favorece \mathrm{S_N2}.

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