Ordem de Reatividade ( \mathbf{S}_{\mathbf{N} \mathbf{2}} ): Coloque em ordem crescente de reatividade para \mathbf{S}_{\mathbf{N}} 2: 1-clorobutano, 2-clorobutano, 2-cloro-2-metilpropano e 1-cloro-2,2dimetilpropano.

Passo 1

O enunciado pede: colocar em ordem crescente de reatividade para mecanismos \mathrm{S_N2} quatro substratos com cloro. Os substratos fornecidos são (peguei os nomes do enunciado):
  • \text{1-clorobutano}
  • \text{2-clorobutano}
  • \text{2-cloro-2-metilpropano}
  • \text{1-cloro-2,2-dimetilpropano}
O que se quer é: ordenar esses quatro compostos do menos reativo ao mais reativo em reações do tipo \mathrm{S_N2}.

Passo 2

O que é uma reação \mathrm{S_N2} — aula rápida e prática.
  • Em \mathrm{S_N2} (substituição nucleofílica bimolecular) o nucleófilo ataca o carbono ligado ao grupo de saída (aqui o \text{Cl}) pelo lado oposto ao grupo de saída (ataque “backside”). Isso forma um estado de transição pentavalente parcial e depois o grupo de saída sai.
  • A velocidade/reatividade qualitativa depende muito da facilidade do nucleófilo se aproximar do carbono de reação. A expressão de velocidade é, de forma geral:
\text{velocidade} = k[\text{Nu}][\text{R–Cl}]
onde [\text{Nu}] é a concentração do nucleófilo e [\text{R–Cl}] a do substrato.
  • Conclusão prática: quanto menos impedimento estérico ao ataque de retaguarda no carbono ligado ao Cl, maior a reatividade em \mathrm{S_N2}.

Passo 3

O papel do impedimento estérico (steric hindrance) — o ponto central.
  • Substratos primários (carbono ligado ao Cl tem um único grupo orgânico além de hidrogênios) são geralmente os mais favoráveis a \mathrm{S_N2}: nucleófilo chega fácil.
  • Substratos secundários têm mais impedimento e reagirão mais lentamente em \mathrm{S_N2} (dependendo do nucleófilo e condições, mas em termos gerais são menos reativos que primários).
  • Substratos terciários são tão impedidos que \mathrm{S_N2} praticamente não ocorre (ainda que possam reagir por \mathrm{S_N1}).
  • Atenção especial: existe o “efeito neopentílico” (neopentyl effect). Mesmo sendo um carbono primário, se o carbono vizinho (beta) tiver substituintes volumosos (por exemplo um carbono quaternário adjacente), o nucleófilo não consegue posicionar-se para o ataque backside — isso torna o substrato primário extremamente lento em \mathrm{S_N2}. Em suma:
    • primário normal: alto para \mathrm{S_N2};
    • secundário: menor;
    • terciário: muito baixo/nenhum;
    • neopentílico (primário com vizinhança muito volumosa): reatividade surpreendentemente baixa (pior que alguns secundários).

Passo 4

Identificação estrutural e classificação de cada composto (para depois aplicar a regra acima).
  • \text{1-clorobutano}: é um primário normal (n-butyl chloride). Carbono do cloro é primário, sem vizinhança muito volumosa.
  • \text{2-clorobutano}: é um secundário (carbono com Cl ligado a dois grupos carbonados e um H).
  • \text{2-cloro-2-metilpropano}: é um terciário (também conhecido como cloreto terc-butilo, \text{(CH}_3)_3\text{C–Cl}). Muito impedido para \mathrm{S_N2}.
  • \text{1-cloro-2,2-dimetilpropano}: é o chamado neopentílico (neopentyl chloride). O carbono com Cl é primário, mas o carbono vizinho é um carbono quaternário ( \text{C}(\text{CH}_3)_3 ao lado), causando grande impedimento ao ataque backside.

Passo 5

Análise comparativa e justificativa passo a passo.
  • Começando pelo extremo de menor reatividade: o terciário \text{2-cloro-2-metilpropano}. A retaguarda está bloqueada por três grupos metila; ataque \mathrm{S_N2} praticamente não ocorre. Então esse é candidato ao menor reatividade.
  • Neopentílico \text{1-cloro-2,2-dimetilpropano}: apesar de primário, o grande volume próximo (carbono beta quaternário) impede o nucleófilo de alcançar a geometria de ataque. Por isso a reatividade em \mathrm{S_N2} é muito baixa — frequentemente comparável ou até menor que a de alguns secundários. Porém entre terciário e neopentílico, o terciário (2-cloro-2-metilpropano) é normalmente ainda menos propenso a \mathrm{S_N2} (praticamente nulo).
  • \text{2-clorobutano} (secundário): tem impedimento moderado; reage mais devagar que um primário normal, mas geralmente mais rápido que um neopentílico muito impedido.
  • \text{1-clorobutano} (primário normal): é o mais fácil para o nucleófilo realizar o ataque backside — portanto o mais reativo em \mathrm{S_N2} entre os quatro.
Resumo qualitativo:
terciário (pior) < neopentílico (muito ruim) < secundário (intermediário) < primário normal (melhor).

Passo 6

Observação final com exemplo prático para fixar (peguem leve, é só intuição):
  • Imagine um nucleófilo tentando “encaixar” atrás do carbono com Cl. No primário normal ( \text{1-clorobutano}) tem espaço; no secundário ( \text{2-clorobutano}) o espaço é menor; no neopentílico ( \text{1-cloro-2,2-dimetilpropano}) o espaço é bloqueado por grupos no átomo vizinho; no terciário ( \text{2-cloro-2-metilpropano}) não há maneira prática de encaixar — portanto pior ainda. Essa imagem mental ajuda a responder rapidamente em prova.

Resposta

\text{2-cloro-2-metilpropano}
\text{1-cloro-2,2-dimetilpropano}
\text{2-clorobutano}
\text{1-clorobutano}

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