Indique a ordem crescente de acidez dos compostos abaixo e justifique a ordem proposta.
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3
4
5
Passo 1
O enunciado pede: “Indique a ordem crescente de acidez dos compostos abaixo e justifique a ordem proposta.”
Os compostos fornecidos (peguei os SMILES do enunciado) são:
- 1: Oc1ccccc1 → fenol (phenol).
- 2: Cc1ccc(O)cc1 → cresol (metilfenol).
- 3: O=C(O)c1ccccc1 → ácido benzóico (benzoic acid).
- 4: O=C(O)c1ccc(N+[O-])cc1 → ácido p-nitrobenzóico (p-nitrobenzoic acid).
- 5: CC(=O)O → ácido acético (acetic acid).
O que se pede: ordenar esses cinco compostos em ordem crescente de acidez (ou seja, do menos ácido para o mais ácido) e justificar cada comparação.
Passo 2
Conceitos básicos que vamos usar (aula rápida e direta):
- Acidez (em solução aquosa) refere-se à tendência de uma espécie doar um próton. A reação geral é
- A força de um ácido é medida por
, definido por
e por
, com
- Importante: maior
(ou menor ) → ácido mais forte. Em linguagem prática: quanto mais estável for a base conjugada , mais fácil é perder o próton e mais forte é o ácido. - Fatores que estabilizam
: delocalização por ressonância, efeito indutivo retira elétrons (estabiliza carga negativa), grupos doadores de elétrons (ex.: ) desestabilizam uma carga negativa e diminuem a acidez. O efeito de ressonância pode ser posicional (orto/para mais efetivo que meta para alguns efeitos de ressonância).
Vou usar essas ideias para comparar pares e grupos de compostos.
Passo 3
Comparação entre 1 (fenol) e 2 (cresol):
- A acidez do fenol vem da estabilização do ânion fenóxido
por ressonância com o anel aromático. - O grupo metila (
) em cresol é um doador de elétrons por hiperconjugação e efeito indutivo leve , ou seja, tende a aumentar a densidade eletrônica no anel e portanto no oxigénio quando o H é perdido. Isso DESestabiliza o ânion fenóxido, tornando o ácido menos forte. - Consequência prática: cresol é ligeiramente menos ácido que fenol. Exemplos de valores experimentais (para intuição):
e . Logo:
Passo 4
Comparação geral: fenóis (1 e 2) versus ácidos carboxílicos (3, 4, 5):
- O ânion carboxilato
tem a carga negativa estabilizada por ressonância equivalente entre as duas oxigenações:
- Essa delocalização entre duas oxigênios é, em geral, muito mais eficaz para estabilizar carga negativa do que a ressonância do fenóxido (no fenóxido a carga fica concentrada no oxigênio e no anel, mas a distribuição é menos favorável comparada ao carboxilato). Assim, ácidos carboxílicos são tipicamente muito mais ácidos que fenóis.
- Consequência qualitativa: todos os compostos com grupo
(3, 4, 5) serão mais ácidos que fenol e cresol (1 e 2). Em termos de pKa: fenóis ~10, ácidos carboxílicos ~4–5 (ordem de grandeza diferente).
Passo 5
Comparação dentro dos ácidos carboxílicos: 5 (ácido acético) vs 3 (ácido benzóico)
- Ácido acético tem grupo
ligado ao grupo carboxila; o metila é doador de elétrons por hiperconjugação, o que DESestabiliza o carboxilato tornando o ácido menos forte. - No ácido benzóico, o grupo ligado à carboxila é o fenil (
). O anel benzênico exerce um efeito indutivo geral (leve) que tende a retirar um pouco de densidade eletrônica do grupo carboxilato (efeito relativo ao metila), o que ajuda a estabilizar a carga negativa do carboxilato. Assim, ácido benzóico é ligeiramente mais ácido que ácido acético. - Valores típicos para intuição:
e . Portanto:
Passo 6
Efeito de substituintes eletroatratores: 3 (ácido benzóico) vs 4 (ácido p-nitrobenzóico)
- O grupo nitro (
) é um forte retirador de elétrons por indução ( ) e por ressonância ( ) quando em posições conjugadas (orto/para). No para, pode estabilizar a carga negativa do benzoato por ressonância e pelo efeito indutivo. - Essa estabilização do ânion conjugado faz com que o ácido p-nitrobenzóico seja claramente mais ácido que o ácido benzóico não substituído.
- Valor típico:
(muito menor que do benzoico). Logo:
Passo 7
Juntando tudo (resumo lógico):
- Entre 1 e 2:
(cresol menos ácido que fenol). - Fenóis (1,2) são muito menos ácidos que ácidos carboxílicos (3,4,5), portanto ambos 1 e 2 vêm antes de 5,3,4 na ordem crescente.
- Entre os carboxílicos:
(ácido acético menos ácido que ácido benzóico, que por sua vez é menos ácido que o p-nitrobenzoico). - Montando a sequência completa do menos ácido para o mais ácido:
Resposta
2 < 1 < 5 < 3 < 4