Mecanismo Sn2: cinética e substrato

RKA3JV - Neste vídeo nós vamos ver o mecanismo de reação Sn2. E aqui nós temos um halogeneto de alquilo, e temos este bromo, que é um pouco mais eletronegativo do que este carbono. E, por isso, o bromo vai retirar os elétrons do carbono, levando os elétrons para longe, e o carbono fica com uma carga parcial positiva. E aí, à esquerda nós temos o nosso eletrófilo e à direita nós temos o nosso íon hidróxido, que pode ser obtido a partir de algo como o hidróxido de sódio. E por ter uma carga negativa este hidróxido torna-se um bom nucleófilo. Eu vou escrever aqui que é o nucleófilo. E já à esquerda, nós temos um eletrófilo. E, claro, o nosso halogeneto de alquilo também é o nosso substrato. Eu vou escrever aqui que também é um substrato. E nós sabemos, de vídeos anteriores, que o nucleófilo vai atacar o eletrófilo. E aí, os elétrons aqui do oxigênio vão desemparelhar e vão para a carga positiva, porque nós sabemos que cargas opostas se atraem. E, ao mesmo tempo, estes elétrons aqui da ligação vão caminhar para o bromo e o bromo vai ser um grupo de saída. Eu posso redesenhar o bromo aqui. Então, eu tenho o bromo e ele tinha três pares de elétrons livres, e agora ele vai ganhar mais um, que são os pares que eu vou pintar em outra cor. Ou seja, os elétrons desta ligação aqui, o par de elétrons, caminharam agora para o bromo. Isso deu ao bromo uma carga formal negativa. E quando estes elétrons aqui se moveram, eles formaram a ligação entre este oxigênio e este carbono. Ou seja, essa ligação que nos deu o nosso produto final, que é o nosso álcool. E neste mecanismo, nós temos somente um passo, que o nucleófilo ataca o eletrófilo e, ao mesmo tempo, o grupo de saída é perdido. Então, vamos dizer que nós fizemos uma série de experimentos para determinar a lei de velocidade para essa reação. E lembre-se, da Química geral, que leis velocidade são determinadas experimentalmente. E o "R" representa a velocidade da reação. Isso vai ser igual à constante "k", vezes a concentração do nosso halogeneto de alquilo elevado à primeira potência. E isso multiplica a concentração do nosso íon hidróxido, também elevado à primeira potência. E o que isso significa? Por exemplo, se nós aumentarmos a nossa concentração do halogeneto de alquilo por um fator 2, o que acontece com as taxas da reação? Então, lembre-se, a velocidade da reação é proporcional à concentração do nosso halogeneto, elevado à primeira potência. Então, se o 2 está elevado a primeira potência, isso vai ser igual a 2. Significa que a taxa global da reação vai ser multiplicada por um fator 2. Ou seja, se nós duplicarmos a nossa concentração do halogeneto de alquilo, mantendo o nosso hidróxido constante, isso vai duplicar a velocidade da reação. Isso tem muito a ver com proporcionalidade. Eu sugiro que você dê uma revisão nisso. Porque se nós também aumentarmos em um fator 2 o nosso hidróxido, mantendo o nosso halogeneto de alquilo na mesma quantidade, isso também vai fazer a nossa velocidade ser aumentada por um fator 2. E essa lei de velocidade faz muito sentido com o nosso mecanismo. Ou seja, se nós aumentarmos a concentração do nosso nucleófilo ou, então, do nosso eletrófilo, isso vai aumentar a frequência de colisão entre os dois. E isso vai aumentar a velocidade global da reação. O fato é que a velocidade da reação é proporcional à concentração dos dois substratos. E o nucleófilo se encaixa com a nossa ideia de um mecanismo em uma etapa. E deixe-me explicar para você de onde vem este Sn2. Então, Sn2, o "S" vem de substituição, e essa substituição ocorre quando o nucleófilo substitui o grupo de saída. E o "n" vem de nucleofílica, porque nós estamos substituindo o nucleófilo. Já o "2" vem de um fator biomolecular. Isso significa que a concentração depende de dois fatores, que é o substrato e o nucleófilo. Isso é diferente da reação Sn1, onde a velocidade dependia apenas da concentração de uma coisa. A velocidade da reação depende também da estrutura do halogeneto de alquilo na estrutura do substrato. E aqui nós temos um halogeneto de metil, seguido por um halogeneto primário, onde nós temos um carbono, este carbono ligado ao bromo. E aqui nós temos um grupo de alquilo, e aqui nós temos um halogeneto secundário, onde você tem um carbono ligado a um bromo. Nós temos dois grupos de alquilo e aqui nós temos um halogeneto terciário, onde você tem um carbono ligado novamente ao bromo. E você tem três grupos de alquilo. E é conhecido que os halogenetos de metil e os halogenetos primários, reagem mais rápido em uma reação Sn2. E os halogenetos secundários reagem lentamente. E os halogenetos terciários praticamente não reagem. Então, podemos dizer que eles não reagem ao mecanismo Sn2. E lembre-se, o nucleófilo tenta atacar o eletrófilo e ele tenta chegar perto o suficiente para formar essa ligação. E o impedimento estérico irá impedir que isso aconteça. O que eu estou querendo dizer é que o halogeneto terciário tem grupos volumosos de metil, isso evita que o nucleófilo ataque. Vamos olhar para o vídeo para entender isso melhor. Aqui está nosso grupo de metil com o nosso carbono diretamente ligado a um átomo halogênio, que eu estou vendo como amarelo. E aqui está o nosso nucleófilo, que pode ser o íon hidróxido. E o nucleófilo se aproxima do eletrófilo pelo lado oposto do grupo de saída. E você pode ver, com o haleto de metil, que não há nenhum impedimento estérico. Quando nós olhamos para um halogeneto de aquilo primário, o carbono ligado ao grupo de halogênio tem apenas um grupo de alquilo ligado a ele. Quando nós trocamos para um halogeneto de alquilo secundário, você pode ver que o secundário tem um carbono ligado ao grupo de halogênio e tem dois grupos de metil ligados a ele agora. Fica um pouco mais difícil para o nucleófilo se aproximar na orientação apropriada. Quando nós olhamos para um haleto de alquilo terciário, nós temos três grupos de alquilo. Ou seja, possui muito mais dificuldade para o nucleófilo atacar. Como nós vimos no vídeo, para uma reação Sn2, nós precisamos diminuir o impedimento estérico. E se nós olharmos para o nosso halogeneto aqui, o carbono está ligado a um halogênio e está ligado a um grupo de alquilo aqui. E este é um halogeneto primário, o que o torna bom para a reação Sn2. Ou seja, o impedimento estérico diminuiu, o que torna mais fácil para o nucleófilo atacar o nosso eletrófilo.