8- Dentre os compostos o-nitrofenol e p-nitrofenol, qual apresenta maior solubilidade em água? Justifique sua resposta

Passo 1

O enunciado pergunta qual dos dois compostos — \text{o-nitrofenol} e \text{p-nitrofenol} — apresenta maior solubilidade em água e pede que você justifique a resposta.
Informações explícitas dadas: os compostos são os dois isômeros do nitrofenol, ou seja, ambos têm um grupo \mathrm{-OH} ligado ao anel fenólico e um grupo \mathrm{-NO_2} também ligado ao anel, em posições orto ( \text{o-}) e para ( \text{p-}), respectivamente.
A partir disso, precisamos comparar a solubilidade em água desses dois isômeros e explicar por que um é mais solúvel que o outro.

Passo 2

Entendendo o que determina solubilidade em água (a parte teórica que você precisa dominar para a prova). Vou explicar de forma simples e com exemplos:
  • Água é um solvente polar que forma muitas ligações de hidrogênio (H-bonds). Então, na prática, compostos que conseguem formar ligações de hidrogênio com a água ou que são iônicos tendem a ser mais solúveis.
  • O que é ligação de hidrogênio? É uma interação direcionada entre um hidrogênio ligado a um átomo eletronegativo (por ex., O–H) — doador — e um átomo eletronegativo com par de elétrons livres (por ex., O ou N) — aceitador. Ex.: na água, cada molécula doa e aceita H-bonds.
  • Há dois tipos relevantes aqui: ligações de hidrogênio intermoleculares (entre moléculas diferentes, p.ex., entre o soluto e a água) e intracelulares/intramoleculares (dentro da mesma molécula). Se a molécula forma uma forte H-bond intramolecular, ela “prende” o grupo \mathrm{-OH} em si mesma, reduzindo a capacidade de fazer H-bonds com a água — isso costuma diminuir a solubilidade.
  • Outro fator: ionização em água. Fenóis podem perder o próton e virar o ânion fenóxido ( \text{PhO}^-). A forma iônica é muito mais solúvel em água por ser carregada. Grupos com efeito retirador de elétrons (como \mathrm{-NO_2}) estabilizam o ânion fenóxido e aumentam a tendência de ionização (aumentam a acidez), o que também aumenta solubilidade em água.

Passo 3

Olha a estrutura relevante (descrição verbal suficiente para a prova): ambos têm o grupo \mathrm{-OH} e o grupo \mathrm{-NO_2} no anel benzênico; a diferença é a posição relativa:
  • \text{o-nitrofenol}: \mathrm{-OH} e \mathrm{-NO_2} são vizinhos (posição orto).
  • \text{p-nitrofenol}: \mathrm{-OH} e \mathrm{-NO_2} estão opostos no anel (posição para).
Agora a observação chave: no isômero orto existe a possibilidade de uma ligação de hidrogênio intramolecular entre o hidrogênio do grupo \mathrm{-OH} e um dos oxigênios do grupo \mathrm{-NO_2}. Essa H-bond intramolecular forma um anel de seis átomos e é relativamente forte. Consequências práticas dessa H-bond intramolecular:
  • O \mathrm{-OH} fica “ocupado” aceitando/doando a H-bond dentro da mesma molécula, então há menos habilidade de formar H-bonds com moléculas de água (ligações intermoleculares).
  • A molécula neutra fica mais estabilizada na sua forma não dissociada, o que dificulta a ionização (perda do próton) em comparação com um caso onde não há H-bond intramolecular.

Passo 4

Agora o efeito da posição para ( \text{p-}): em \text{p-nitrofenol} não existe essa H-bond intramolecular (grupos estão longe demais para isso). Assim:
  • O grupo \mathrm{-OH} está mais disponível para formar H-bonds intermoleculares com a água — isso já favorece solubilidade.
  • Além disso, o grupo \mathrm{-NO_2} é fortemente retirador de elétrons por indução e ressonância; no para ele estabiliza bem a carga negativa do ânion fenóxido formado após perda do próton, ou seja, aumenta a acidez relativa do fenol e facilita a ionização em meio aquoso. A forma ionizada ( \text{PhO}^-) é muito solúvel em água.
  • Em suma: em posição para o grupo nitro ajuda tanto na interação com a água (por permitir H-bonds intermoleculares) quanto em favorecer a formação do íon fenóxido (mais solúvel).

Passo 5

Comparando os dois efeitos principais de forma integrada:
  • \text{o-nitrofenol}: forte H-bond intramolecular entre \mathrm{OH} e \mathrm{NO_2} → reduz ligações com água e estabiliza a forma não ionizada → menor solubilidade aquosa.
  • \text{p-nitrofenol}: sem H-bond intramolecular → \mathrm{OH} livre para interagir com água; \mathrm{NO_2} estabiliza o ânion fenóxido por ressonância/indução → maior tendência à ionização e, portanto, maior solubilidade na água.

Passo 6

Resposta direta e prática para decorar para a prova (pega leve, é um argumento recorrente em orgânica): o nitro no orto “se casa” com o OH formando uma H-bond dentro da mesma molécula — isso diminui solubilidade. O nitro no para deixa o OH livre e ainda ajuda a formar o ânion solúvel. Então um é claramente mais solúvel que o outro.

Resposta

p-nitrofenol

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