O que ocorrerá com a velocidade das seguintes reações SN2 se a polaridade do solvente prótico polar for aumentada?
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{Br}+\mathrm{HO}^{-} \longrightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}+\mathrm{Br}^{-}

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:
\mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{Br}+\mathrm{HO}^{-}\longrightarrow\mathrm{CH}_{3}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{CH}_{2}\mathrm{OH}+\mathrm{Br}^{-}.
O que está sendo pedido:
  • Determinar como a velocidade da reação \mathrm{SN}2 muda se a polaridade do solvente prótico polar for aumentada.
Informações relevantes dadas:
  • O nucleófilo é \mathrm{HO}^- (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 \mathrm{SN}2 e como se mede a velocidade.
  • Mecanismo: numa reação \mathrm{SN}2 (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 \mathrm{SN}2:
\text{velocidade} = k\,[\text{substrato}]\,[\text{nucleófilo}],ó
onde k é a constante de velocidade que depende do solvente, temperatura e outras condições. A dependência importante aqui é que k 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, \ce{O-H} em água ou álcoois) e podem formar ligações de hidrogênio com íons.
  • Íons negativos como \mathrm{HO}^- 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 \mathrm{HO}^- livre (estado inicial), a solvatacão forte baixa muito sua energia (estabiliza o reagente).
  • No estado de transição \mathrm{SN}2 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 k.

Passo 5

Aplicando ao caso concreto \mathrm{HO}^- + 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 \mathrm{HO}^- 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 \mathrm{SN}2 (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, \mathrm{HO}^- fica mais solvado e menos reativo — logo a velocidade da reação \mathrm{SN}2 diminui.

Passo 6

Um exemplo prático para fixar a ideia (comparação qualitativa).
  • Em solvente aprótico polar como \mathrm{DMSO} ou \mathrm{DMF}: \mathrm{HO}^- é pouco solvado → alta nucleofilicidade → \mathrm{SN}2 rápida.
  • Em solvente prótico polar como \mathrm{H_2O} ou metanol: \mathrm{HO}^- é fortemente solvado → nucleofilicidade reduzida → \mathrm{SN}2 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 ( \mathrm{X}^-) uma mudança de solvente de prótico para aprótico acelera \mathrm{SN}2; dentro dos próticos, quanto mais polar/proticamente solvante for o meio, mais lenta fica a \mathrm{SN}2, 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 \mathrm{SN}2 fica mais lenta quando a polaridade do solvente prótico polar é aumentada.

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