Ordem de Reatividade (
): Coloque em ordem crescente de reatividade para
1: 3-bromo-3-metilpentano, 3-bromopentano e 2-bromopentano.
Passo 1
O que o enunciado pede: colocar em ordem crescente de reatividade para
as três substâncias dadas.
As substâncias fornecidas (escrevo as fórmulas condensadas e a posição do bromo):
-
, fórmula: . -
, fórmula: . -
, fórmula: .
Informações relevantes que o enunciado dá (implícitas e que vamos usar): todas têm o mesmo grupo saída (
); devemos comparar a facilidade com que cada substrato forma o carbocátion correspondente (isso define a reatividade em
). Não há outras condições experimentais especificadas, então assumimos condições iguais para todos.
Passo 2
Breve explicação didática do que determina a reatividade em
(passo a passo, sem pular etapas).
- Em
a etapa determinante da velocidade é a perda do grupo saída e a formação do carbocátion:
A velocidade da reação segue a lei de primeira ordem em relação ao substrato:
-
Assim, quanto mais estável for o carbocátion
formado, mais fácil (rápida) é a etapa lenta, logo maior a reatividade em . -
Regras práticas de estabilidade de carbocátions (da mais estável para a menos estável, de modo geral):
Essa estabilidade vem principalmente de:
- hiperconjugação: doação de densidade dos orbitais
vizinhos ao orbital vazio do carbocátion; - efeito indutivo dos grupos alquila (doação por hiperconjugação/indutivo);
- (quando houver) ressonância, que estabiliza muito mais.
- Como todas as três moléculas têm
(bom grupo saída) e presumivelmente o mesmo solvente, o fator chave para comparar é a estabilidade relativa dos carbocátions que cada uma formaria.
Passo 3
Identificar o tipo (primário/secundário/terciário) do carbono ligado ao bromo em cada substrato — explicando COMO contar.
Regra prática: para saber se um carbono é primário/ secundário/ terciário conta-se quantos átomos de carbono estão ligados diretamente a ele.
- se ligado a
carbono → primário; - se ligado a
carbonos → secundário; - se ligado a
carbonos → terciário.
Aplicando às estruturas:
-
(3-bromo-3-metilpentano): o carbono que tem o (carbono ) está ligado a três outros carbonos: ao grupo à esquerda, ao grupo à direita e ao grupo adicional. Logo é um carbono ligado a três carbonos → é um carbono terciário. Portanto este substrato gera um carbocátion terciário (muito estável). -
(3-bromopentano): o carbono com (carbono ) está ligado a dois carbonos (C2 e C4) → é secundário. Forma um carbocátion secundário. -
(2-bromopentano): o carbono com (carbono ) também está ligado a dois carbonos (C1 e C3) → é secundário. Forma também um carbocátion secundário.
Até aqui: claramente o primeiro (3‑bromo‑3‑metilpentano) é terciário e deve ser o mais reativo em
. Resta comparar os dois secundários entre si.
Passo 4
Comparação detalhada entre os dois carbocátions secundários (formados por 2‑bromopentano e 3‑bromopentano). Vou usar o conceito de hiperconjugação de forma concreta (contagem de ligações
adjacentes que podem estabilizar o carbocátion).
Regra usada: uma das contribuições importantes para estabilização por hiperconjugação vem das ligações
nos carbonos adjacentes ao centro positivo. Quanto mais ligações
disponíveis nesses carbonos vizinhos, maior o número de estruturas de hiperconjugação e maior a estabilização.
Calculemos o número de hidrogênios nos carbonos adjacentes ao centro positivo em cada caso (após saída do
):
- Carbocátion gerado de
: estrutura do cátion:
Os carbonos adjacentes ao carbono central são ambos
(C2 e C4), cada um com
hidrogênios. Portanto o total de hidrogênios adjacentes que participam de hiperconjugação é
- Carbocátion gerado de
: estrutura do cátion:
Os carbonos adjacentes ao centro positivo são: C1 é
(tem
hidrogênios) e C3 é
(tem
hidrogênios). Portanto o total de hidrogênios adjacentes é
Interpretação: o carbocátion de
tem mais ligações
adjacentes capazes de participar em hiperconjugação (
do que
). Por isso, tudo o mais igual, o carbocátion formado a partir de
é ligeiramente mais estabilizado por hiperconjugação do que o carbocátion a partir de
.
Conclusão deste passo: entre os dois secundários,
tende a formar um carbocátion um pouco mais estável que o formado por
, portanto
será mais reativo em
do que
.
Passo 5
Juntando tudo: ordem final por estabilidade de carbocátion (e, portanto, por reatividade
).
-
forma um carbocátion terciário → muito mais estável → maior reatividade. - Entre os secundários,
dá um carbocátion com mais possibilidades de hiperconjugação (5 hidrogênios adjacentes) do que (4 hidrogênios adjacentes), logo é mais reativo que .
Portanto a ordem crescente (do menos reativo para o mais reativo) é: