Considere a monobromação radicalar dos seguintes cicloalcanos:
A ordem relativa de velocidade observada foi: ciclopentano > ciclobutano > ciclopropano. Explique o resultado com base no mecanismo na reação.
A ordem relativa de velocidade observada foi: ciclopentano > ciclobutano > ciclopropano. Explique o resultado com base no mecanismo na reação.
Passo 1
Entendendo o Problema e o Conteúdo Envolvido
Vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. A pergunta trata da monobromação radicalar de alguns cicloalcanos, que são compostos orgânicos em forma de ciclo. A ordem de velocidade de reação observada é:
Nosso objetivo é explicar por que essa ordem ocorre com base no mecanismo da reação. Para isso, vamos precisar entender conceitos de mecanismo de substituição radicalar, estabilidade dos radicais livres e tensão de anel nos cicloalcanos.
Passo 2
Revisando o Mecanismo da Monobromação Radicalar
Primeiro, vamos lembrar como funciona a monobromação radicalar. Esse tipo de reação geralmente segue três etapas principais:
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Iniciação: Um átomo de bromo (
) é quebrado por luz ou calor para formar dois radicais brometo ( ). -
Propagação:
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O radical brometo (
) remove um átomo de hidrogênio do cicloalcano, formando um radical do hidrocarboneto (Br cdot + R cdot R-Br ) e ácido bromídrico ( ). -
O radical do hidrocarboneto (
) reage com outro molécula de brometo ( ) para formar o produto bromado ( ) e mais um radical brometo ( ), continuando o ciclo.
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-
Terminação: Dois radicais se combinam para formar um produto estável, encerrando a reação.
Passo 3
Fatores que Influenciam a Velocidade da Reação Radicalar
A velocidade de uma reação radicalar depende de alguns fatores chave:
- Estabilidade dos Radicais Livres: Radicais mais estáveis formam-se mais facilmente e reagem mais rapidamente.
- Tensão de Anel: Cicloalcano com maior tensão de anel podem influenciar a formação e estabilidade dos radicais.
- Acesso ao Hidrogênio: A facilidade com que o átomo de hidrogênio é removido também afeta a velocidade.
Vamos focar principalmente na estabilidade dos radicais livres e na tensão de anel para explicar a ordem observada.
Passo 4
Analisando a Estabilidade dos Radicais nos Cicloalcanos
Vamos considerar os três cicloalcanos:
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Ciclopropano: Tem um anel de três membros, que possui alta tensão de anel devido à sua pequena estrutura angular. Isso faz com que seus radicais sejam menos estáveis porque a formação de um radical alivia um pouco a tensão, mas ainda permanece bastante instável.
-
Ciclobutano: Possui um anel de quatro membros com tensão de anel média. Os radicais formados aqui são mais estáveis que os do ciclopropano, já que a tensão não é tão severa.
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Ciclopentano: Tem um anel de cinco membros com baixa tensão de anel. Os radicais formados são mais estáveis devido à menor tensão no anel, facilitando a reação.
Em resumo: Quanto menos tensão de anel, mais estável é o radical, e mais rápida é a reação.
Passo 5
Relacionando com a Velocidade de Reação Observada
Com base na estabilidade dos radicais:
- Ciclopentano (
): Menor tensão de anel → Radical mais estável → Reação mais rápida. - Ciclobutano (
): Tensão de anel média → Radical moderadamente estável → Reação intermediária. - Ciclopropano (
): Alta tensão de anel → Radical menos estável → Reação mais lenta.
Isso confirma a ordem observada de velocidade de reação: ciclopentano > ciclobutano > ciclopropano.
Resposta
A ordem de velocidade na monobromação radicalar dos cicloalcanos ocorre porque o ciclopentano, com menor tensão de anel, forma radicais mais estáveis e reage mais rapidamente, seguido pelo ciclobutano com tensão média e radicais moderadamente estáveis, enquanto o ciclopropano, com alta tensão de anel, forma radicais menos estáveis e, portanto, reage mais lentamente. Assim, a sequência é ciclopentano > ciclobutano > ciclopropano.