Discuta a acidez relativa dos seguintes compostos:
ácido acético, ácido trifluoracético, ácido tricloroacético, ácido dicloroacético, ácido cloroacético.

Passo 1

O enunciado pede que eu discuta a acidez relativa dos seguintes compostos: \text{ácido acético}áé, \text{ácido cloroacético}áé, \text{ácido dicloroacético}áé, \text{ácido tricloroacético}áé e \text{ácido trifluoracético}áé.
Informações fornecidas (lista dos compostos):
\text{CH}_3\text{COOH} (ácido acético), \text{CH}_2\text{ClCOOH} (ácido cloroacético), \text{CHCl}_2\text{COOH} (ácido dicloroacético), \text{CCl}_3\text{COOH} (ácido tricloroacético), \text{CF}_3\text{COOH} (ácido trifluoracético).
A tarefa é comparar essas espécies quanto à facilidade de perder um próton (ou seja, qual é mais ácido) e explicar por que uma é mais ácida que outra.

Passo 2

O que significa “ser mais ácido” na prática? Vou escrever a reação de desprotonação geral de um ácido carboxílico (isso é matemática/química simples e importante):
\text{RCOOH} \rightleftharpoons \text{RCOO}^- + \text{H}^+.
A força ácida é medida por K_a ou mais comumente por \mathrm{p}K_a, onde
\mathrm{p}K_a = -\log_{10}(K_a).
Quanto menor \mathrm{p}K_a, mais forte é o ácido (mais fácil perder o próton). Na prática, quando comparamos ácidos orgânicos pareados, o fator decisivo costuma ser a estabilidade da base conjugada \text{RCOO}^-: quanto mais estabilizada a base conjugada, mais fácil é formar ela e, portanto, mais forte é o ácido.

Passo 3

Então: foco na base conjugada \text{RCOO}^-. Por que uma \text{RCOO}^- fica mais estável? Principais mecanismos que estabilizam a carga negativa:
  • Ressonância entre os dois oxigênios do grupo carboxilato (isso já é comum a todos os ácidos carboxílicos e não diferencia estes compostos).
  • Efeito indutivo (efeito -I ou +I) do substituinte \text{R}: grupos que puxam elétrons por indução (grupos eletronegativos) retiram densidade eletrônica da carboxilato, espalhando/estabilizando a carga negativa, tornando a base conjugada mais estável e o ácido mais forte.
  • Efeito de campo e polarizabilidade (substituintes grandes e polarizáveis podem estabilizar carga por distribuição eletrônica local), mas para halogênios ligados a um carbono saturado adjacente, o efeito indutivo elétron-atrator (−I) é o dominante.
  • Do contrário, grupos doadores (por exemplo, \text{CH}_3 por efeito indutivo +I e por hiperconjugação) desestabilizam a base conjugada e tornam o ácido mais fraco.

Passo 4

Agora, características dos substituintes relevantes aqui (comparação qualitativa):
  • \text{CH}_3 (no ácido acético) é levemente doador de elétrons (efeito +I), portanto desestabiliza a base conjugada e faz o ácido ser o mais fraco do grupo.
  • \text{Cl} é eletronegativo e puxa elétrons por indução (efeito -I), estabilizando a carga negativa. Quanto mais átomos de \text{Cl} ligados ao carbono alfa (o carbono imediatamente ligado ao grupo \text{COOH}), maior o efeito estabilizador cumulativo.
  • \text{F} é ainda mais eletronegativo que \text{Cl}, então \text{CF}_3 exerce um efeito -I muito forte, estabilizando muito a base conjugada.
    Observação sobre ressonância: halogênios têm pares de elétrons que podem, em alguns sistemas, doar por ressonância ( +R), mas quando o halogênio está ligado a um carbono sp^3 (como aqui, ao carbono alfa), essa doação por ressonância não é eficaz; o efeito indutivo (−I) é o que manda.

Passo 5

Efeito da quantidade de substituintes: os efeitos indutivos se somam. Assim:
  • Um átomo de cloro em \text{CH}_2\text{ClCOOH} dá um efeito estabilizador moderado.
  • Dois átomos de cloro em \text{CHCl}_2\text{COOH} aumentam o efeito (mais estabilização).
  • Três átomos de cloro em \text{CCl}_3\text{COOH} aumentam ainda mais.
    Portanto a tendência esperada por número de halogênios é: \text{CCl}_3 > \text{CHCl}_2 > \text{CH}_2\text{Cl} em força ácida (maior número de \text{Cl} → mais ácido).

Passo 6

Compare cloro vs fluoro: embora \text{Cl} seja mais polarizável, o flúor é muito mais eletronegativo. O grupo \text{CF}_3 puxa elétrons fortemente por indução e, por isso, estabiliza a base conjugada mais do que \text{CCl}_3. Logo, espera-se que \text{CF}_3\text{COOH} (ácido trifluoracético) seja ainda mais ácido que \text{CCl}_3\text{COOH} (ácido tricloroacético).

Passo 7

Vou colocar as previsões qualitativas juntas: do mais ácido para o menos ácido (expectativa baseada em efeito indutivo e número de substituintes):
\text{CF}_3\text{COOH} > \text{CCl}_3\text{COOH} > \text{CHCl}_2\text{COOH} > \text{CH}_2\text{ClCOOH} > \text{CH}_3\text{COOH}.
Agora explico em palavras simples: o trifluorometilo ( \text{CF}_3) puxa elétrons fortemente, estabiliza a base conjugada e faz o ácido muito forte; tricloro tem efeito similar mas menor que \text{CF}_3; com menos cloros o efeito cai, e o metilo não puxa elétrons — pelo contrário, doa — deixando o acético o mais fraco.

Passo 8

Para consolidar, trago valores numéricos de \mathrm{p}K_a em água (valores aproximados conhecidos na literatura), que confirmam a ordem acima:
\mathrm{p}K_a(\text{CH}_3\text{COOH}) \approx 4{,}76,
\mathrm{p}K_a(\text{CH}_2\text{ClCOOH}) \approx 2{,}86,
\mathrm{p}K_a(\text{CHCl}_2\text{COOH}) \approx 1{,}35,
\mathrm{p}K_a(\text{CCl}_3\text{COOH}) \approx 0{,}70,
\mathrm{p}K_a(\text{CF}_3\text{COOH}) \approx -0{,}25.
Interpretação: quanto menor o \mathrm{p}K_a, mais forte o ácido; os números mostram claramente o efeito cumulativo dos halogênios e que o \text{CF}_3 torna o ácido muito forte (próximo de ácidos minerais fracos em força).

Passo 9

Observações adicionais e dicas de prova (para você na hora da avaliação):
  • Sempre que perguntarem sobre ácidos carboxílicos substituídos, pense primeiro na estabilidade da base conjugada \text{RCOO}^-.
  • Pergunte-se: substituinte é doador ou retirador de elétrons? Está próximo (alfa) ou distante? Se for eletroatrator e próximo, aumenta acidez.
  • Não se deixe enganar por polarizabilidade: para efeitos em carbono saturado adjacente, eletronegatividade (−I) costuma ser o fator decisivo; flúor > cloro.
  • Um jeito rápido em prova: compare \mathrm{p}K_a esperada qualitativamente pela soma dos efeitos −I dos substituintes; mais substituintes eletronegativos → mais ácido.

Resposta

\text{CF}_3\text{COOH} > \text{CCl}_3\text{COOH} > \text{CHCl}_2\text{COOH} > \text{CH}_2\text{ClCOOH} > \text{CH}_3\text{COOH}

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