- 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
(grupo e em posições para na anel benzênico). - anidrido acético =
, que pode ser escrito como .
- p-hidroxianilina = para-aminofenol, representada por
- Produto esperado: Acetaminofen (paracetamol) = N-acetil-4-aminofenol = p-acetamidofenol, representado por
ou . - Observação importante: a transformação é uma acetilação do grupo amina (
) — reação do tipo substituição nucleofílica do carbono carbonílico do anidrido (mecanismo de nucleophilic acyl substitution). O anidrido acético é o agente acilante e gera / como subproduto.
Passo 2
Conceitos-chave (mini-aula rápida e prática) que vamos usar no mecanismo
- Carbonila como centro eletrofílico: num grupo
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
. - Intermediário tetraédrico: quando um nucleófilo ataca um carbonilo, o
transforma-se temporariamente em (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 (
), 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
em possui um par livre de elétrons. Esse par ataca o carbono carbonílico de uma das unidades acetil do anidrido acético . - Em palavras: o par-livre do N forma uma ligação com o carbono do carbonilo do anidrido; simultaneamente a dupla ligação
desse carbonilo transforma-se em um oxigênio aniônico . Resultado: formação de um intermediário tetraédrico ligado ao nitrogênio (o N fica temporariamente positivo, como se não houve ainda transferência de próton). - Esquematicamente (sem setas desenhadas, em texto):
- reagentes:
+ - após ataque: intermediário tetraédrico do tipo
— isto é, o carbono atacado tem agora ligação simples ao N e um oxigênio com carga negativa.
- reagentes:
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
. Quando isso acontece, uma das ligações do grupo original do anidrido é quebrada: sai a unidade acetato . - 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
ou melhor: dependendo de transferências de prótons que ocorreram. - O íon acetato
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 (
) 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 . - Resultado final da sequência: formação de
(paracetamol, ) e como subproduto. - Resumindo em equação química (texto):
Passo 6
Observações sobre seletividade (por que a acetilação ocorre no nitrogênio e não preferencialmente no oxigênio fenólico)
- Em princípio a fenólica
também tem um par de elétrons e pode sofrer O-acetilação (formando um éster phenyl acetate). Porém, na prática: - O nitrogênio
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.
- O nitrogênio
- 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)
- ataque nucleofílico: par livre do N ataca o carbono carbonílico do anidrido; forma-se intermediário tetraédrico com oxigênio aniônico.
- colapso do tetraédrico: oxigênio aniônico re-forma
e expulsa . Resultado: amônio acilado (nitrogênio protonado ligado ao grupo ). - transferência de próton: acetato remove próton do nitrogênio formando o amida neutra (paracetamol) e
.
Essas três etapas (ataque → colapso → desprotonação) são a essência do mecanismo de acetilação por anidrido.