A reação de brometo de ciplopentila com cianeto de sódio procede mais rapidamente na presença de concentrações catalíticas de iodeto de sódio. Mostre o mecanismo que explica a ação catalítica do iodeto de sódio.
Passo 1
O enunciado trata da substituição nucleofílica do brometo de ciclopentila (que chamaremos genericamente de R\text{-}\mathrm{Br}) por cianeto (\mathrm{CN}^-) em SN2. Observamos que a reação vai mais rápido na presença de uma pequena quantidade de iodeto de sódio (\mathrm{NaI}). Para explicar isso, vamos usar conceitos de SN2 e de capacidade de saída de nucleófilos (leaving-groups), construindo um mecanismo em dois passos que forma e consome o iodeto como catalisador.
Passo 2
Em reações SN2, um nucleófilo ataca o carbono ligado ao grupo de saída, expulsando-o num único estado de transição. A facilidade dessa expulsão depende da qualidade do leaving-group: quanto mais estável (mais polarizável) ele for, mais rápido ocorre a substituição. O iodeto (\mathrm{I}^-) é um leaving-group melhor (mais polarizável) que o brometo (\mathrm{Br}^-). Logo, se conseguirmos converter o substrato R\text{-}\mathrm{Br} em R\text{-}\mathrm{I}, a etapa de ataque de \mathrm{CN}^- será mais rápida.
Passo 3
Primeiro passo (pré-equilíbrio de Finkelstein) – troca de halogeneto:
Mecanismo: o par de elétrons de \mathrm{I}^- faz ataque SN2 ao carbono de R\text{-}\mathrm{Br}, deslocando \mathrm{Br}^-. Esse passo é reversível e estabelece um equilíbrio onde parte de R\text{-}\mathrm{I} já está formada.
Passo 4
Segundo passo (ataque do cianeto) – etapa acelerada:
Aqui \mathrm{CN}^- faz ataque SN2 ao carbono do R\text{-}\mathrm{I}, expulsando \mathrm{I}^-. Como \mathrm{I}^- volta a ser liberado, ele pode participar de novo do passo 1, caracterizando um ciclo catalítico.
Como \mathrm{I}^- é regenerado no segundo passo, só precisamos de concentrações catalíticas de \mathrm{NaI}. A presença inicial de \mathrm{I}^- desloca o equilíbrio para gerar R\text{-}\mathrm{I}, que reage mais facilmente com \mathrm{CN}^- do que R\text{-}\mathrm{Br}.
Resposta
O iodeto atua como nucleófilo que primeiro converte R\text{-}\mathrm{Br} em R\text{-}\mathrm{I} (melhor substrato SN2) e depois é regenerado pela reação de R\text{-}\mathrm{I} com \mathrm{CN}^-, formando R\text{-}\mathrm{CN}.