Indique a ordem crescente de acidez dos compostos abaixo e justifique a ordem proposta.
OH
1
OH
2
OOH
3
OOHN+OO-
4
OOH
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
\mathrm{HA} \rightleftharpoons \mathrm{H^{+}} + \mathrm{A^{-}}.
  • A força de um ácido é medida por K_a, definido por
K_a=\frac{[\mathrm{H^{+}}][\mathrm{A^{-}}]}{[\mathrm{HA}]},
e por pK_a, com
pK_a=-\log_{10}K_a.
  • Importante: maior K_a (ou menor pK_a) → ácido mais forte. Em linguagem prática: quanto mais estável for a base conjugada \mathrm{A^-}, mais fácil é perder o próton e mais forte é o ácido.
  • Fatores que estabilizam \mathrm{A^-}: delocalização por ressonância, efeito indutivo retira elétrons (estabiliza carga negativa), grupos doadores de elétrons (ex.: -\mathrm{CH_3}) 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 \mathrm{PhO^-} por ressonância com o anel aromático.
  • O grupo metila ( -\mathrm{CH_3}) em cresol é um doador de elétrons por hiperconjugação e efeito indutivo leve +I, 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): pK_a(\text{fenol})\approx9{,}99 e pK_a(\text{p-cresol})\approx10{,}2. Logo:
\text{cresol (2)}\\ \text{é menos ácido que}\\ \text{fenol (1)}.éá

Passo 4

Comparação geral: fenóis (1 e 2) versus ácidos carboxílicos (3, 4, 5):
  • O ânion carboxilato \mathrm{RCO_2^-} tem a carga negativa estabilizada por ressonância equivalente entre as duas oxigenações:
\text{RCO}_2^- \longleftrightarrow \text{resonance entre duas estruturas com carga em O}.
  • 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 -\mathrm{CO_2H} (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 -\mathrm{CH_3} ligado ao grupo carboxila; o metila é doador de elétrons por hiperconjugação, o que DESestabiliza o carboxilato \mathrm{CH_3CO_2^-} tornando o ácido menos forte.
  • No ácido benzóico, o grupo ligado à carboxila é o fenil ( \mathrm{Ph}). O anel benzênico exerce um efeito indutivo geral (leve) que tende a retirar um pouco de densidade eletrônica do grupo carboxilato (efeito -I 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: pK_a(\text{ácido acético})\approx4{,}76áé e pK_a(\text{ácido benzóico})\approx4{,}20áó. Portanto:
\text{ácido acético (5)}\\ \text{é menos ácido que}\\ \text{ácido benzóico (3)}.áééááó

Passo 6

Efeito de substituintes eletroatratores: 3 (ácido benzóico) vs 4 (ácido p-nitrobenzóico)
  • O grupo nitro ( -\mathrm{NO_2}) é um forte retirador de elétrons por indução ( -I) e por ressonância ( -R) 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: pK_a(\text{p-nitrobenzoico})\approx3{,}4 (muito menor que pK_a do benzoico). Logo:
\text{ácido benzóico (3)}\\ \text{é menos ácido que}\\ \text{p-nitrobenzoico (4)}.áóéá

Passo 7

Juntando tudo (resumo lógico):
  • Entre 1 e 2: 2<1 (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: 5<3<4 (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:
2 < 1 < 5 < 3 < 4.

Resposta

2 < 1 < 5 < 3 < 4

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