Classifique os compostos abaixo em ordem crescente de acidez. Justifique sua resposta:
Passo 1
O enunciado pede para ordenar os cinco compostos fornecidos em ordem crescente de acidez e justificar a escolha. Os compostos (dado(s) pelo SMILES) são:
-
— fenol p-metoxi (p-metoxifenol). -
— álcool alifático com um grupo nitro ligado ao anel (nitro-ciclohexanol; descrevo como “nitro‑substituído ciclohexanol”). -
— fenol p‑trifluorometil (p‑CF ‑fenol). -
— ácido p‑trifluorometilbenzoico (p‑CF ‑benzoato, na forma ácida). -
— ácido benzoico.
O objetivo é dar a ordem dos cinco compostos do menos ácido para o mais ácido, com justificativa química detalhada (estabilidade da base conjugada, efeitos indutivos e ressonância, etc.).
Passo 2
Conceito central (mini‑aula): o que determina a acidez?
- A reação de ionização é
. A medida de acidez é . Moléculas mais ácidas têm menor. - O que aumenta a acidez é a estabilidade da base conjugada
. Se for mais estabilizada (por ressonância, por efeito indutivo, por melhor dispersão de carga), então a molécula é mais ácida. - Dois mecanismos importantes:
- Ressonância: se o ônus negativo pode ser delocalizado por estruturas ressonantes, a base conjugada é mais estável.
- Efeito indutivo (eletronegatividade de substituintes): grupos retiradores de elétrons (ex.:
, ) estabilizam a carga negativa à distância via , aumentando acidez; grupos dadores ( , como ) tendem a desestabilizar a base conjugada e diminuir acidez.
- Também comparar categorias: alcoóis alifáticos (sem ressonância) têm
tipicamente por volta de . Fenóis têm por volta de porque o fenóxido é deslocalizado no anel. Ácidos carboxílicos têm por volta de porque o carboxilato tem duas formas ressonantes equivalentes que espalham melhor a carga.
Passo 3
Análise do composto nitro‑ciclohexanol (
):
- É um álcool alifático (o grupo
ligado a carbono alifático). A base conjugada (alcóxido) não possui ressonância para delocalizar a carga em um anel aromático ou entre dois oxigênios, logo é pouco estabilizada. - Um grupo nitro ligado ao anel/cadeia pode exercer efeito indutivo
estabilizador, mas a intensidade depende da proximidade relativa ao centro ionizável. Pelo SMILES, o nitro está ligado ao anel/cadeia, mas não há uma conjugação óbvia que delocalize diretamente a carga do alcóxido (não é um nitro α ao álcool que permitiria ressonância com o alcóxido). Portanto a estabilização é limitada (principalmente fraco a moderado). - Conclusão: esse composto tem acidez do tipo álcool alifático — muito menos ácido que fenóis e ácidos carboxílicos. Em termos práticos, é o menos ácido do grupo. (Referência típica:
de álcoois ≈ , nitro‑efeito aqui não reduz isso para perto de fenóis.)
Passo 4
Análise dos fenóis: p‑metoxifenol (
) e p‑CF
‑fenol (
):
- Fenóis: quando perdem
formam o íon fenóxido. Esse íon é estabilizado por ressonância com o anel aromático — por isso fenóis são muito mais ácidos que álcoois alifáticos. - Efeito do substituinte no para:
-
(metoxila) é um doador por ressonância ( ): ele empurra densidade eletrônica para o anel e, por ressonância, aumenta a densidade sobre o oxigênio fenóxico nas estruturas ressonantes; isso desestabiliza o fenóxido (carregamento negativo fica mais concentrado) → diminui acidez. Mesmo que do seja eletronegativo ( ), o efeito ressonante no posição para geralmente domina, tornando o p‑OMe‑fenol menos ácido que o fenol. -
é um forte retirador indutivo ( ) e não doa por ressonância; no para, seu efeito indutivo estabiliza o fenóxido diminuindo a densidade negativa → aumenta acidez.
-
- Portanto, entre os dois fenóis dados: p‑metoxifenol é menos ácido que p‑CF
‑fenol. Ambos, entretanto, continuam significativamente menos ácidos que ácidos carboxílicos.
Passo 5
Análise dos ácidos carboxílicos: benzoico (
) e p‑CF
‑benzoico (
):
- A base conjugada (carboxilato) é extremamente estabilizada por duas formas ressonantes equivalentes que distribuem a carga negativa entre dois oxigênios:
Isso torna os ácidos carboxílicos muito mais ácidos que fenóis e alcoóis (tipicamente ). - Substituintes retiradores aumentam ainda mais essa acidez:
no para atrai densidade por efeito indutivo , estabilizando adicionalmente o carboxilato → menor . Logo p‑CF ‑benzoico é mais ácido que benzoico.
Passo 6
Comparação geral e montagem da ordem:
- Alcoóis alifáticos (composto 2) são muito pouco ácidos (conjugada pouco estabilizada) → posicionar em primeiro (menos ácido).
- Fenóis: p‑OMe (composto 1) é menos ácido que p‑CF
‑fenol (composto 3) por causa de da vs efeito indutivo de . - Ácidos carboxílicos (compostos 5 e 4) são muito mais ácidos que fenóis porque o carboxilato tem ressonância em dois oxigênios. Entre eles, p‑CF
‑benzoico (composto 4) é o mais ácido por efeito indutivo do . - Assim, do menos ácido para o mais ácido a ordem é:
-
(nitro‑ciclohexanol) — menos ácido. -
(p‑metoxifenol). -
(p‑CF ‑fenol). -
(ácido benzoico). -
(p‑CF ‑benzoico) — mais ácido.
-
Passo 7
Resumo com suporte numérico aproximado (apenas para dar intuição; valores dependem de solvente e condições, estão apenas para referência):
- Álcoois alifáticos:
. - Fenóis:
, (aprox.). - Ácidos:
, (aprox.).
Isto confirma qualitativamente a ordem dada no passo anterior.