Na publicação de T. Saegusa e colaboradores, os autores descreveram que a taxa de polimerização para o oxetano iniciada com
segue a seguinte equação:
b) Os valores para as constantes de propagação em metilciclohexano e diclorometano são 0,18 e
, respectivamente, a
. Explique por que a reação é mais rápida no solvente menos polar.
Passo 1
Então, temos uma questão que fala sobre a taxa de polimerização do oxetano iniciada com
, usando uma equação que relaciona a variação da concentração do monômero com o tempo. A questão nos dá os valores das constantes de propagação em dois solventes diferentes: metilciclohexano (menos polar) e diclorometano (mais polar). Vamos precisar entender como a polaridade do solvente afeta a velocidade da reação para explicar por que a reação é mais rápida no solvente menos polar.
Passo 2
Primeiro, vamos dar uma olhada na equação fornecida:
Aqui,
representa a taxa de consumo do monômero
ao longo do tempo. A constante
é a constante de propagação,
é a concentração de espécie propagadora ativa, e
é a concentração do monômero.
Passo 3
A constante de propagação
nos diz quão rápido a reação de propagação ocorre. Valores maiores de
indicam que a reação acontece mais rapidamente. No nosso caso, temos
para metilciclohexano e
para diclorometano.
Passo 4
Agora, vamos considerar a polaridade dos solventes. O metilciclohexano é menos polar, enquanto o diclorometano é mais polar. A polaridade do solvente afeta a estabilidade das espécies carregadas envolvidas na reação. Em solventes mais polares, as espécies carregadas são mais estabilizadas devido à interação com as moléculas do solvente.
Passo 5
No caso da polimerização iniciada por
, a espécie propagadora
provavelmente possui carga positiva (como um carbocátion). Em um solvente mais polar como o diclorometano, esse carbocátion é mais estabilizado pelas moléculas do solvente. Essa estabilização reduz a reatividade do carbocátion, tornando a propagação mais lenta, o que explica o valor menor de
.
Passo 6
Por outro lado, no solvente menos polar como o metilciclohexano, a estabilização do carbocátion é menor. Isso significa que a espécie propagadora é mais reativa e propensa a reagir com o monômero, aumentando a velocidade da reação. Portanto, a constante de propagação
é maior, refletindo uma reação mais rápida.
Resposta
A reação de polimerização é mais rápida no solvente menos polar (metilciclohexano) porque a menor polaridade reduz a estabilização da espécie propagadora carregada positivamente, aumentando sua reatividade e, consequentemente, a taxa de propagação.