Quais os produtos esperados de uma reação
entre 1-bromobutano com os seguintes reagentes:
Nal (acetona como solvente)
Nal (acetona como solvente)
Passo 1
O enunciado dá uma reação do tipo
entre
e
em acetona (
). A pergunta é: quais os produtos esperados dessa reação?
Informações relevantes fornecidas:
Informações relevantes fornecidas:
- Reagente orgânico:
. - Nucleófilo/sal:
(fonte de ). - Solvente: acetona (
), que é um solvente polar aprótico. - Tipo de mecanismo indicado:
.
Passo 2
O que é uma reação
e como ela acontece (passo a passo conceitual)?
- Definição rápida:
significa substituição nucleofílica bimolecular. “Bimolecular” aqui quer dizer que a etapa determinante da velocidade envolve duas espécies (o nucleófilo e o substrato). A reação é concertada: o nucleófilo ataca ao mesmo tempo em que o grupo de saída sai. - Mecanismo qualitativo: o nucleófilo (aqui
) se aproxima do carbono ligado ao bromo pelo lado oposto ao (ataque “backside”). Durante a transformação há um estado de transição onde o carbono está parcialmente ligado tanto ao nucleófilo quanto ao grupo que sai; depois o produto formado tem o nucleófilo ligado e o grupo de saída foi expelido. - Consequência estereoquímica: esse ataque provoca inversão da geometria no carbono (inversão de Walden). Se o centro atacado for quiral, a configuração se inverte.
- Relevância para a questão:
é um alcano primário (o carbono ligado ao é primário), o que favorece porque há pouco impedimento estérico ao ataque do nucleófilo.
Passo 3
Propriedades dos participantes que importam aqui:
-
(iodeto) é um nucleófilo razoavelmente bom. Em solventes próticos sua nucleofilicidade cresce com o tamanho (I^- > Br^- > Cl^- > F^-) porque os ânions maiores são menos fortemente solvados; em solventes apróticos a ordem pode mudar, mas aqui o fator decisivo será outro (ver abaixo). -
é um bom grupo de saída (bom porque é relativamente estável como íon isolado). - Acetona é um solvente polar aprótico: não solva fortemente ânions por ligação de hidrogênio, de modo que nucleófilos ficam relativamente “livres” para atacar — isso costuma favorecer
. - Solubilidade de sais na acetona:
é solúvel em acetona, enquanto (e ) são pouco solúveis e tendem a precipitar. Esse detalhe é crucial para o curso da reação (é a base da reação de Finkelstein).
Passo 4
Escrevendo a transformação química e explicando o efeito de equilíbrio:
A troca de haletos pode ser representada por
A troca de haletos pode ser representada por
onde
é o grupo butila
. Quando a reação é realizada com
em acetona, o
presente reage com
formado e gera
que é pouco solúvel em acetona e precipita:
A precipitação de
remove
da solução, deslocando o equilíbrio para a direita (princípio de Le Chatelier) e tornando a formação de
praticamente completa. Essa troca haleto por haleto com precipitação caracteriza a reação de Finkelstein.
Passo 5
Mecanismo detalhado e justificativa por que substituição (não eliminação) domina:
- Mecanisticamente,
realiza um ataque backside no carbono primário ligado ao bromo; no estado de transição há ligação parcial C–I e C–Br; então sai e forma-se . Em notação simplificada do estado de transição:
- Por que não E2? Para eliminação
normalmente precisa-se de um nucleófilo/base forte e um substrato que facilite retirada de um hidrogênio β (substituição terciária favorece eliminação). Aqui o carbono é primário (favorece ) e é um nucleófilo relativamente fraco como base; além disso, acetona não promove fortemente eliminação. Logo, a via predominante é .
Passo 6
Stereochemia e observações finais práticas:
- Se o carbono alvo fosse quiral, o produto orgânico sofreria inversão de configuração (Walden inversion). No caso do
o carbono primário não é quiral, então não há questão estereoquímica observável. - Prática experimental: após reação observa‑se precipitado branco de
; o produto orgânico isolado é o iodeto . Traços de material não reagido ou subprodutos podem existir, mas o processo de Finkelstein com acetona normalmente fornece bom rendimento do iodeto.