8- Dentre os compostos o-nitrofenol e
-nitrofenol, qual apresenta maior solubilidade em água? Justifique sua resposta
Passo 1
O enunciado pergunta qual dos dois compostos —
e
— 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 ligado ao anel fenólico e um grupo
também ligado ao anel, em posições orto (
) e para (
), respectivamente.
A partir disso, precisamos comparar a solubilidade em água desses dois isômeros e explicar por que um é mais solúvel que o outro.
Informações explícitas dadas: os compostos são os dois isômeros do nitrofenol, ou seja, ambos têm um grupo
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
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 (
). A forma iônica é muito mais solúvel em água por ser carregada. Grupos com efeito retirador de elétrons (como ) 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
e o grupo
no anel benzênico; a diferença é a posição relativa:
-
: e são vizinhos (posição orto). -
: e 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
e um dos oxigênios do grupo
. Essa H-bond intramolecular forma um anel de seis átomos e é relativamente forte. Consequências práticas dessa H-bond intramolecular:
- O
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 (
): em
não existe essa H-bond intramolecular (grupos estão longe demais para isso). Assim:
- O grupo
está mais disponível para formar H-bonds intermoleculares com a água — isso já favorece solubilidade. - Além disso, o grupo
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 ( ) 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:
-
: forte H-bond intramolecular entre e → reduz ligações com água e estabiliza a forma não ionizada → menor solubilidade aquosa. -
: sem H-bond intramolecular → livre para interagir com água; 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