Para os pares de reações Sn 2 a seguir, indique que reação ocorre mais rápido.
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{Cl}+\Gamma^{-}ou \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{Br}+I^{-}

Passo 1

Vou deixar claro o que o enunciado pede e quais são os dados fornecidos (peguei estes dados da figura enviada, mas há um símbolo que não ficou totalmente legível — explico abaixo).
  • O enunciado pede: para cada par de reações SN2 indicados, dizer qual reação ocorre mais rápido.
  • Par 1 (conforme está escrito): \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{Cl} + \Gamma^- ou \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{I}^-.
    • Observação: o símbolo \Gamma^- na imagem não está totalmente claro; pode representar um nucleófilo haleto (por exemplo \mathrm{I}^- ou \mathrm{Br}^-). Vou assumir o caso mais comum para comparar saída de reação quando o nucleófilo é o mesmo ( \mathrm{I}^-) ou quando queremos comparar apenas o efeito do substituinte do haleto saliente.
  • Par 2 (conforme a outra imagem): \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}(\mathrm{CH}_3)\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{HO}^- (haleto secundário) ou \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{HO}^- (haleto primário).
  • Resumo do que é dado: tipos de haleto (primário vs secundário ou Cl vs Br) e os nucleófilos associados ( \mathrm{I}^- ou \mathrm{HO}^-). A tarefa: escolher qual reação SN2 é mais rápida em cada par.

Passo 2

Conceitos essenciais do mecanismo SN2 (curta “aula” para entender por que escolhemos uma reação e não a outra).
  • O que é SN2: é uma reação de substituição nucleofílica bimolecular (abreviação de Substitution Nucleophilic bimolecular). No mecanismo SN2 o nucleófilo ataca o carbono ligado ao grupo saída (leaving group) e, numa única etapa, ocorre a saída do grupo saindo. A reação é concertada (não há intermediário carbocátion).
  • Lei de velocidade: a velocidade da etapa determinante é proporcional à concentração do nucleófilo e do substrato: \text{velocidade} = k[\text{Nu}^-][\text{R–X}].Isso significa que a taxa depende do nucleófilo e do substrato simultaneamente.
  • Fatores que afetam a velocidade SN2 (importante para decidir qual é mais rápida):
    1. Estereo/estericamente: quanto mais acesso o nucleófilo tem ao carbono atacado, mais rápida a SN2. Assim, ordem de reatividade por hibridação/estérica do carbono ligado ao halogênio: primário > secundário > terciário (terciário praticamente não reage via SN2 por grande impedimento estérico).
    2. Qualidade do leaving group (grupo de saída): quanto mais estável for o ânion formado, melhor leaving group. Em haletos, a facilidade de saída segue aproximadamente: \mathrm{I}^- > \mathrm{Br}^- > \mathrm{Cl}^- > \mathrm{F}^-.Ou seja, \mathrm{I}^- é um leaving group melhor do que \mathrm{Br}^-, que é melhor do que \mathrm{Cl}^-.
    3. Força do nucleófilo: nucleófilos mais básicos/menores geralmente atacam mais rápido em solventes apróticos; em solventes proticos, nucleofilicidade relativa pode mudar (em protico, ânions maiores e mais difusos como \mathrm{I}^- podem ser nucleófilos melhores que ânions menores porque sofrem menos solvatação). No entanto, nos pares que vamos comparar o nucleófilo aparece igual em cada par ( \mathrm{I}^- em um e \mathrm{HO}^- no outro), portanto o que mais importa é o leaving group e a estérica do substrato.
    4. Solvente: solventes apróticos favorecem nucleófilos fortes; solventes próticos podem diminuir a nucleofilicidade de íons pequenos muito solvatados. (Só citar para contexto; não precisamos números aqui.)
  • Conclusão didática: para decidir qual reação SN2 é mais rápida com substratos semelhantes, comparar (a) se os carbonos atacados são primários/ secundários/ terciários (menor impedimento estérico é melhor) e (b) comparar a qualidade do leaving group (I>Br>Cl).

Passo 3

Aplicando os conceitos ao Par 1: \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{Cl} + \Gamma^- versus \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{I}^-.
  • Observações sobre os substratos: ambos os haletos são haletos primários (o carbono ligado ao halogênio é primário em ambos), logo o fator estérico é equivalente entre os dois — isto tira da disputa a estérica do substrato.
  • Observações sobre o leaving group: nos dois casos estamos comparando um haleto cloreto ( \mathrm{Cl}) versus brometo ( \mathrm{Br}). O brometo é um leaving group melhor que o cloreto porque \mathrm{Br}^- é um ânion mais facilmente estabilizado (menor basicidade relativa) do que \mathrm{Cl}^-. Portanto, tudo o mais igual, o haleto com \mathrm{Br} deixa mais facilmente e favorece SN2 mais rápida.
  • Observações sobre o nucleófilo: se o nucleófilo for o mesmo nos dois (por exemplo \mathrm{I}^- em ambos), então a diferença será controlada pelo leaving group: o substrato com \mathrm{Br} será mais reativo. Se o nucleófilo na primeira reação for diferente (o tal \Gamma^- incerto), seria preciso saber qual é para comparar nucleofilicidade; mas a pergunta típica compara \mathrm{Cl} vs \mathrm{Br} com o mesmo nucleófilo, então usamos essa suposição.
  • Conclusão do raciocínio para o Par 1: \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{I}^- reage mais rápido que \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{Cl} + \mathrm{I}^-, por causa do melhor leaving group ( \mathrm{Br}^->\mathrm{Cl}^-).

Passo 4

Aplicando os conceitos ao Par 2: \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}(\mathrm{CH}_3)\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{HO}^- (substrato secundário) versus \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{HO}^- (substrato primário).
  • Identificar o tipo de carbono atacado:
    • No primeiro substrato o carbono ligado ao bromo é secundário (tem dois outros grupos carbônico ligados), logo há maior impedimento estérico para o ataque do nucleófilo.
    • No segundo substrato o carbono ligado ao bromo é primário (apenas um grupo carbônico ligado), logo há menos impedimento estérico.
  • Efeito no SN2: como SN2 requer ataque direto do nucleófilo ao carbono com saída concomitante do leaving group, estorvo estérico grande (como em secundário) reduz muito a velocidade; o ataque em primário é geralmente muito mais rápido.
  • Papel do nucleófilo \mathrm{HO}^-: \mathrm{HO}^- é um nucleófilo forte (é pequeno e básico), o que favorece SN2 quando o substrato não é demasiadamente impedido. Portanto, com \mathrm{HO}^- o substrato primário terá reação SN2 muito favorável e mais rápida que o secundário, que sofrerá ataque mais lento e, dependendo das condições, pode também competir com eliminação (E2) se houver hidrogênios β e temperatura alta — mas para fins de comparação SN2 pura, primário vence.
  • Conclusão do raciocínio para o Par 2: \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{HO}^- (haleto primário) reage mais rápido por SN2 do que o haleto secundário.

Passo 5

Exemplos simples rápidos para fixar a intuição (curtinho e prático):
  • Se a pergunta fosse \mathrm{CH}_3\mathrm{Br} versus \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl} com o mesmo nucleófilo, o brometo reagiria mais rápido (mesma lógica do Par 1).
  • Se a pergunta fosse \mathrm{(CH_3)_3CBr} (terciário) versus \mathrm{CH_3CH_2Br} (primário) com \mathrm{OH}^-, o primário reagiria muito mais rápido por SN2; o terciário quase não reage por SN2 (tende a sofrer E2 ou SN1 dependendo do meio).
  • Dica prática para prova: primeiro ver se os carbonos são primário/ secundário/ terciário; depois comparar leaving groups; depois nucleófilo/solvente. Essa ordem resume o raciocínio mais eficiente em prova.

Resposta

\mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{I}^- (mais rápida que \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{Cl} + \mathrm{I}^-).
\mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_2\mathrm{Br} + \mathrm{HO}^- (haleto primário reage mais rápido que o haleto secundário).

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