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  4. What a missing isotope effect means

Química Orgânica 2 · Revisão de substituição aromática para a prova

What a missing isotope effect means

Interprete as evidências · Desafio

Condições: Benzene (C₆H₆) and hexadeuteriobenzene (C₆D₆) are nitrated separately with HNO₃/H₂SO₄ under identical conditions. The rate constants are the same within experimental error (kH/kD ≈ 1).

Desenhe este problema você mesmo

Arraste dos elétrons que se movem até onde eles vão, ou toque em um e depois no outro. Cada seta é verificada; Dica ajuda quando você travar. Não precisa de conta.

Abrir o exercício em tela cheia

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A pergunta

What does this result show about the mechanism?

Mostrar a resposta e a explicação

Resposta e explicação

  1. Resposta correta The C–H bond is not broken in the rate-determining step: attack on NO₂⁺ to form the arenium ion is slow, and loss of the proton is fast.

    A primary isotope effect appears only when the C–H (C–D) bond breaks in the slow step; its absence puts deprotonation after the rate-determining step.

  2. Esta não Substitution occurs in one concerted step in which the C–N bond forms as the C–H bond breaks.

    A concerted step would break the C–H bond in the transition state and give a clear primary isotope effect (kH/kD of roughly 2–7).

  3. Esta não Deprotonation is rate-determining, but C–H and C–D bonds break at the same rate.

    C–D bonds have a lower zero-point energy and break measurably more slowly; a rate-determining deprotonation would show kH/kD well above 1.

  4. Esta não Deuterium is not removed from the ring, so the product keeps all six deuterium atoms.

    The deuterium on the carbon that is attacked is lost; nitrobenzene-d₅ forms. The result concerns when that bond breaks, not whether it does.

Solução explicada

EAS has two steps: slow addition of the electrophile, which destroys aromaticity, then fast loss of H⁺, which restores it. Because no C–H bond breaks in the slow step, swapping H for D does not change the rate.

O que você vai praticar

Interpret the absence of a kinetic isotope effect in EAS nitration as evidence that attack, not deprotonation, is rate-determining.

Você acabou de desenhar cada seta deste problema.

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Tags

  • #KineticIsotopeEffect
  • #EAS
  • #MechanisticEvidence

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