1. Escreva o mecanismo entre a p-hidroxianilina e o anidrido acético para formar o Acetominophen (Paracetamol).

Passo 1

O que o enunciado pede e os dados que temos:
  • Pede: escrever o mecanismo (passo a passo) da reação entre a p-hidroxianilina (ou seja, o composto para-aminofenol) e o anidrido acético para formar o Acetaminofen (Paracetamol).
  • Reagentes (pego do enunciado):
    • p-hidroxianilina = para-aminofenol, representada por \mathrm{H_2N\!-\!C_6H_4\!-\!OH} (grupo \mathrm{NH_2} e \mathrm{OH} em posições para na anel benzênico).
    • anidrido acético = \mathrm{(CH_3CO)_2O}, que pode ser escrito como \mathrm{CH_3CO\!-\!O\!-\!COCH_3}.
  • Produto esperado: Acetaminofen (paracetamol) = N-acetil-4-aminofenol = p-acetamidofenol, representado por \mathrm{H\!-\!N(COCH_3)\!-\!C_6H_4\!-\!OH} ou \mathrm{p\!-\!acetamidophenol}.
  • Observação importante: a transformação é uma acetilação do grupo amina ( \mathrm{NH_2}) — reação do tipo substituição nucleofílica do carbono carbonílico do anidrido (mecanismo de nucleophilic acyl substitution). O anidrido acético é o agente acilante e gera \mathrm{CH_3COO^-} / \mathrm{CH_3COOH} como subproduto.

Passo 2

Conceitos-chave (mini-aula rápida e prática) que vamos usar no mecanismo
  • Carbonila como centro eletrofílico: num grupo \mathrm{C=O} o carbono é deficiente em elétrons e aceita ataque nucleofílico. Isso vale também para o carbono carbonílico do anidrido.
  • Nucleófilo: espécie com par de elétrons livre que ataca um centro eletrofílico. Aqui o nucleófilo principal é o par livre do nitrogênio da \mathrm{NH_2}.
  • Intermediário tetraédrico: quando um nucleófilo ataca um carbonilo, o \mathrm{C=O} transforma-se temporariamente em \mathrm{C-O^-} (um oxigênio aniônico) e o carbono fica tetraédrico; esse é o intermediário que depois colapsa regenerando dupla ligação e expulsando um grupo saída.
  • Grupo saída no anidrido: no colapso do tetraédrico o grupo que sai é uma carboxilato ( \mathrm{CH_3COO^-}), que é razoavelmente estável (boa base conjugada), por isso o anidrido é um bom acilante.
  • Proton transfers: muitas etapas envolvem transferências de prótons (do nitrogênio para o grupo saindo, ou do ácido acético formado). Na prática, o acetato formado atua como base para desprotonar o nitrogênio protonado, neutralizando o produto.
    Esses conceitos permitem prever e entender cada etapa do mecanismo.

Passo 3

Primeira etapa do mecanismo — ataque nucleofílico do nitrogênio ao carbonilo do anidrido
  • O nitrogênio da \mathrm{NH_2} em \mathrm{H_2N\!-\!C_6H_4\!-\!OH} possui um par livre de elétrons. Esse par ataca o carbono carbonílico de uma das unidades acetil do anidrido acético \mathrm{CH_3CO\!-\!O\!-\!COCH_3}.
  • Em palavras: o par-livre do N forma uma ligação com o carbono do carbonilo do anidrido; simultaneamente a dupla ligação \mathrm{C=O} desse carbonilo transforma-se em um oxigênio aniônico \mathrm{O^-}. Resultado: formação de um intermediário tetraédrico ligado ao nitrogênio (o N fica temporariamente positivo, como \mathrm{N^+H_2} se não houve ainda transferência de próton).
  • Esquematicamente (sem setas desenhadas, em texto):
    • reagentes: \mathrm{H_2N\!-\!C_6H_4\!-\!OH} + \mathrm{CH_3CO\!-\!O\!-\!COCH_3}
    • após ataque: intermediário tetraédrico do tipo \mathrm{H_2N^+\!-\!(C(O^-)(OCOCH_3))\!-\!C_6H_4\!-\!OH} — isto é, o carbono atacado tem agora ligação simples ao N e um oxigênio com carga negativa.

Passo 4

Segunda etapa — colapso do intermediário tetraédrico e expulsão do acetato
  • O intermediário tetraédrico é instável; para restabelecer a condição carbonílica, o par de elétrons do oxigênio aniônico volta a formar a ligação dupla \mathrm{C=O}. Quando isso acontece, uma das ligações do grupo original do anidrido é quebrada: sai a unidade acetato \mathrm{CH_3COO^-}.
  • Assim forma-se o fragmento N-acetilado ligado ao anel, porém nesta etapa o nitrogênio ficou protonado (porque usou seu par para formar ligação), levando a uma espécie do tipo \mathrm{[H_2N^+\!-\!C(=O)CH_3]\!-\!C_6H_4\!-\!OH} ou melhor: \mathrm{[H_3N^+\!-\!C(O)CH_3]\!-\!C_6H_4\!-\!OH} dependendo de transferências de prótons que ocorreram.
  • O íon acetato \mathrm{CH_3COO^-} é agora livre no meio como base nucleofílica relativamente estável.

Passo 5

Terceira etapa — transferência de próton para formar o produto neutro (paracetamol) e acético ácido
  • O acetato gerado ( \mathrm{CH_3COO^-}) atua como base e remove um próton do nitrogênio protonado. Essa desprotonação gera o amida neutra (o produto desejado) e converte o acetato em ácido acético \mathrm{CH_3COOH}.
  • Resultado final da sequência: formação de \mathrm{p\!-\!acetamidophenol} (paracetamol, \mathrm{N\!-\!acetyl\!-\!4\!-\!aminophenol}) e \mathrm{CH_3COOH} como subproduto.
  • Resumindo em equação química (texto): \mathrm{H_2N\!-\!C_6H_4\!-\!OH + (CH_3CO)_2O \longrightarrow H\!-\!N(COCH_3)\!-\!C_6H_4\!-\!OH + CH_3COOH.}

Passo 6

Observações sobre seletividade (por que a acetilação ocorre no nitrogênio e não preferencialmente no oxigênio fenólico)
  • Em princípio a fenólica \mathrm{OH} também tem um par de elétrons e pode sofrer O-acetilação (formando um éster phenyl acetate). Porém, na prática:
    • O nitrogênio \mathrm{NH_2} é mais nucleofílico do que o oxigênio fenólico nas condições típicas (o par do N é mais disponível para ataque); além disso, o nitrogênio é mais básico (pKa da conjugada é maior), favorecendo N-acetilação.
    • A ressonância do par do oxigênio fenólico com o anel aromático reduz um pouco sua nucleofilicidade para ataque ao carbonilo, enquanto o par do nitrogênio é mais reativo.
    • Condições experimentais: normalmente se usa anidrido acético puro ou na presença de uma base suave (por ex. piridina ou uma leve elevação de temperatura) que favorece a N-acetilação e neutraliza o ácido acético formado. Se quisessem proteger o OH, fariam condições específicas; se o OH for acetilado, pode ser hidrolisado depois ou condições ajustadas para favorecer N-acetilação.
  • Conclusão prática: reação com anidrido acético em condições padrão dá majoritariamente o produto N-acetilado — o paracetamol.

Passo 7

Resumo do mecanismo em frases curtas (passo a passo que deve aparecer num desenho com setas numa prova)
  1. ataque nucleofílico: par livre do N ataca o carbono carbonílico do anidrido; forma-se intermediário tetraédrico com oxigênio aniônico.
  2. colapso do tetraédrico: oxigênio aniônico re-forma \mathrm{C=O} e expulsa \mathrm{CH_3COO^-}. Resultado: amônio acilado (nitrogênio protonado ligado ao grupo \mathrm{C(O)CH_3}).
  3. transferência de próton: acetato remove próton do nitrogênio formando o amida neutra (paracetamol) e \mathrm{CH_3COOH}.
    Essas três etapas (ataque → colapso → desprotonação) são a essência do mecanismo de acetilação por anidrido.

Resposta

\mathrm{H_2N\!-\!C_6H_4\!-\!OH + (CH_3CO)_2O \longrightarrow H\!-\!N(COCH_3)\!-\!C_6H_4\!-\!OH + CH_3COOH}

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