Quais, dentre os compostos listados a seguir, você espera que apresentem em suas estruturas ligação de hidrogênio intramolecular? Explique sua resposta.
4-cianofenol
4-cianofenol
Passo 1
O enunciado pede que eu diga se o composto listado apresenta ligação de hidrogênio intramolecular. O composto fornecido é 4-cianofenol. Informação relevante dada/implícita: a molécula é um anel benzênico com um grupo hidroxila (
) em uma posição e um grupo ciano (
) na posição oposta (posição para, ou seja, 1,4 no anel). Não há outras informações fornecidas.
Passo 2
O que é uma ligação de hidrogênio intramolecular (explicação didática)?
Uma ligação de hidrogênio é uma interação relativamente forte entre um átomo de hidrogênio ligado a um átomo fortemente eletronegativo (o doador, por exemplo ou
) e um átomo com pares de elétrons solitários (o aceitador, por exemplo O, N ou F).
Para que essa ligação ocorra intramolecularmente (dentro da mesma molécula) são necessários dois requisitos básicos:
Uma ligação de hidrogênio é uma interação relativamente forte entre um átomo de hidrogênio ligado a um átomo fortemente eletronegativo (o doador, por exemplo
Para que essa ligação ocorra intramolecularmente (dentro da mesma molécula) são necessários dois requisitos básicos:
- Existência de um doador de H — aqui seria a hidroxila
. - Existência de um aceitador com par de elétrons suficientemente disponível — por exemplo um átomo de oxigênio ou nitrogênio com lone pair.
Além disso, a geometria importa: o doador e o aceitador precisam ficar próximos no espaço e orientados corretamente para formar a interação. Em anéis aromáticos isso depende da posição relativa dos substituintes (orto, meta, para).
Passo 3
Identificação do doador e do possível aceitador em 4-cianofenol
- Doador: a hidroxila
do grupo fenol é um bom doador de ligação de hidrogênio (oxigênio muito eletronegativo, H parcialmente positivo). - Possível aceitador: o átomo de nitrogênio do grupo ciano (
) tem um par de elétrons e pode atuar como aceitador, mas com duas ressalvas importantes: (a) o par do nitrogênio no nitrilo é em orbitais e está fortemente ligado ao triplo enlace, tornando-o um aceitador relativamente fraco comparado a um oxigênio carbonílico ou a um nitrogênio amínico; (b) mesmo sendo um aceitador fraco, ele só poderá aceitar H se ficar suficientemente perto da hidroxila para formar a interação intramolecular.
Passo 4
Geometria e distância entre doador e aceitador no anel benzênico
- Em anéis benzênicos, substituintes em posição orto (1,2) ficam próximos no espaço e frequentemente permitem a formação de ligações de hidrogênio intramoleculares (ex.: salicilaldeído: o-hidroxi benzaldeído forma uma ligação intramolecular O–H···O=).
- Em posição meta (1,3) a distância já costuma ser maior e a formação intramolecular é mais difícil; em posição para (1,4), os substituintes estão em lados opostos do anel e distantes espacialmente.
- Portanto, para 4-cianofenol (grupo
em 1 e em 4) a separação geométrica entre o hidrogênio do e o nitrogênio do é grande — aí a orientação e a distância não favorecem a formação de uma ligação de hidrogênio intramolecular estável. Em palavras simples: estão “longe demais” e mal orientados para formar um H‑bond dentro da mesma molécula.
Passo 5
Avaliação final incluindo a força do aceitador
Juntando tudo: mesmo que o nitrogênio do nitrilo pudesse aceitar um H, ele é um aceitador fraco (par em orbital ) e, no caso para, está muito longe da hidroxila para montar uma geometria de ligação de hidrogênio favorável. Resultado prático: 4-cianofenol não forma ligação de hidrogênio intramolecular significativa. É muito mais provável que cada molécula participe de ligações de hidrogênio intermoleculares (entre moléculas), por exemplo
de uma molécula interagindo com o N do nitrilo de outra molécula ou com oxigênios de outras moléculas.
Juntando tudo: mesmo que o nitrogênio do nitrilo pudesse aceitar um H, ele é um aceitador fraco (par em orbital
Passo 6
Exemplo comparativo (para fixar a ideia)
- Se o ciano estivesse em posição orto (2-cianofenol), o N ficaria bem mais próximo da
e aí sim seria plausível (e observado experimentalmente em muitos casos) uma ligação de hidrogênio intramolecular . Isso mostra que a posição relativa dos grupos no anel é crucial.
Resposta
Não — 4-cianofenol não apresenta ligação de hidrogênio intramolecular.