O que ocorrerá com a velocidade das seguintes reações SN2 se a polaridade do solvente prótico polar for aumentada?
Passo 1
O enunciado fornece a reação e pergunta sobre o que acontece com a velocidade quando a polaridade de um solvente prótico polar aumenta. A reação é:
O que está sendo pedido:
- Determinar como a velocidade da reação
muda se a polaridade do solvente prótico polar for aumentada.
Informações relevantes dadas:
- O nucleófilo é
(íon hidróxido, carga negativa). - O substrato é um brometo primário (cadeia linear de quatro carbonos).
- O solvente é prótico e polar; a pergunta considera aumentar a polaridade desse solvente prótico.
Passo 2
O que é uma reação
e como se mede a velocidade.
- Mecanismo: numa reação
(substituição nucleofílica bimolecular) o nucleófilo ataca o carbono ligado ao grupo saída e, no mesmo passo, o grupo saída sai. É um único passo concertado, com um estado de transição em que há ligação parcial ao nucleófilo e ao grupo saída. - Lei de velocidade típica para
:
onde
é a constante de velocidade que depende do solvente, temperatura e outras condições. A dependência importante aqui é que
muda com o solvente; a pergunta é sobre esse efeito.
Passo 3
O papel do solvente prótico polar: solvatacão do nucleófilo.
- Solventes próticos têm átomos de hidrogênio ligados a átomos eletronegativos (por exemplo,
em água ou álcoois) e podem formar ligações de hidrogênio com íons. - Íons negativos como
ficam fortemente solvados (envolvidos por moléculas do solvente) por ligação de hidrogênio. Essa “camada” de solvente torna o íon menos disponível para atacar o substrato — isto é, reduz a nucleofilicidade efetiva. - Quando a polaridade do solvente prótico aumenta, a capacidade de solvatacão (especialmente por interação ião–dipolo e H‑ligação) geralmente aumenta também, então o nucleófilo fica ainda mais estabilizado/“preso” pelo solvente.
Passo 4
Comparação entre estabilização do estado fundamental e do estado de transição.
- Para
livre (estado inicial), a solvatacão forte baixa muito sua energia (estabiliza o reagente). - No estado de transição
há distribuição parcial de carga entre nucleófilo, carbono e grupo saída; esse estado é menos negativamente carregado localmente no nucleófilo do que o íon isolado, portanto costuma ser menos estabilizado por interações de hidrogênio do solvente do que o reagente livre. - Aumento da polaridade em um solvente prótico estabiliza mais o reagente (nucleófilo livre) do que o estado de transição, o que aumenta a diferença de energia entre reagente e estado de transição — ou seja, aumenta a barreira energética efetiva e diminui
.
Passo 5
Aplicando ao caso concreto
brometo primário.
- O nucleófilo é um ânion pequeno e fortemente solvado por solventes próticos. Assim, em solventes próticos polares (p.ex., água, metanol) a nucleofilicidade de
é bastante reduzida em comparação com solventes apróticos polares (p.ex., DMSO, acetonitrila), onde a solvatacão de ânions é muito menor. - O substrato é primário, o que favorece mecanismo
(geometricamente não há grande impedimento estérico). Portanto a velocidade é controlada principalmente por quão “ativo” é o nucleófilo. - Ao aumentar a polaridade do solvente prótico,
fica mais solvado e menos reativo — logo a velocidade da reação diminui.
Passo 6
Um exemplo prático para fixar a ideia (comparação qualitativa).
- Em solvente aprótico polar como
ou : é pouco solvado → alta nucleofilicidade → rápida. - Em solvente prótico polar como
ou metanol: é fortemente solvado → nucleofilicidade reduzida → mais lenta. - Se a polaridade do solvente prótico aumenta (por exemplo, misturar com um solvente ainda mais polar prótico), a tendência é a mesma: a reação fica ainda mais lenta.
Passo 7
Resumo final e motivação curta (para a prova).
- Regra prática simples para provas: para nucleófilos carregados (
) uma mudança de solvente de prótico para aprótico acelera ; dentro dos próticos, quanto mais polar/proticamente solvante for o meio, mais lenta fica a , porque o nucleófilo é mais desativado por solvatacão. - Técnica de memorização: “solvente prótico = prende ânions com H‑ligações → nucleófilo fraco → SN2 lenta”.
Resposta
A velocidade diminui — a reação
fica mais lenta quando a polaridade do solvente prótico polar é aumentada.