Qual a proporção aproximada dos isômeros orto- e para- formados na reação de Nitração do Fenol?

Passo 1

O que é pedido: qual a proporção aproximada dos isômeros orto- e para- na nitratação do fenol.
Informações relevantes do enunciado (implícitas na questão): há substituição eletrofílica aromática do anel do fenol que gera preferencialmente os isômeros em posições orto ( \text{o}) e para ( \text{p}); pede-se uma proporção aproximada entre \text{o} e \text{p}.

Passo 2

Entendendo o mecanismo (a peça-chave para saber por que aparecem \text{o} e \text{p}).
A nitratação é uma substituição eletrofílica aromática: o eletrófilo é o íon nitronium \mathrm{NO_2^+}. O grupo \mathrm{OH} do fenol é um ativador fortíssimo porque doa elétrons por ressonância para o anel. Isso significa que, quando \mathrm{NO_2^+} se aproxima, os estados intermediários (complexos σ, também chamados de carbocátions do anel) são mais estabilizados se a carga positiva puder ser deslocalizada para o oxigênio do grupo \mathrm{OH}. Essa deslocalização é possível quando a substituição ocorre em posições \text{o} ou \text{p}, não quando ocorre em \text{m}. Portanto o resultado é majoritariamente orto + para, com praticamente nada de meta.

Passo 3

Por que orto e para são favorecidos — explicando com mais cuidado (passo-a-passo mental):
  1. Ressonância: ao formar o complexo σ por ataque em \text{o} ou \text{p}, uma das estruturas de ressonância coloca a carga positiva adjacente ao oxigênio, que pode estabilizar a carga por doação de par eletrônico. Essa estabilização não existe para ataque em \text{m}.
  2. Consequência: ataque em \text{o} e \text{p} tem energias de ativação muito menores que ataque em \text{m}, logo \text{o} e \text{p} são formados preferencialmente.
(Note: tudo acima é sobre por que apenas \text{o} e \text{p} aparecem; agora vamos ver a razão da diferença relativa entre \text{o} e \text{p}.)

Passo 4

Fatores que definem a razão \text{o}:\text{p} (por que não são formados em proporção 1:1):
  • Efeito estérico: posições orto têm vizinhança mais apertada; isso tende a dificultar um pouco a aproximação do eletrófilo, desfavorecendo orto relativemente ao para (favorece \text{p}).
  • Estabilização intramolecular no produto: o produto orto ( 2-nitrofenol) pode formar uma ligação de hidrogênio intramolecular entre o \mathrm{OH} e um oxigênio do grupo \mathrm{NO_2}. Essa interação estabiliza fortemente o isômero orto em relação ao para.
  • Condições experimentais (temperatura, solvente, concentração de ácido) também alteram a razão: em condições muito agressivas formam-se múltiplas nitrações e alteração da distribuição; em condições brandas a tendência clássica aparece.
Conclusão qualitativa: estérica desfavorece orto, ressonância e H-bond intramolecular favorecem orto. No conjunto, para fenol em nitratação típica, o efeito de estabilização do orto (especialmente por H-bond intramolecular) costuma vencer, fazendo com que o orto seja maior que o para, mas não por enorme diferença.

Passo 5

Valor numérico aproximado e por que esse número é razoável (interpretação experimental simplificada):
Dados experimentais clássicos e livros-texto indicam que, em nitratação controlada do fenol (mononitração, temperatura baixa/moderada, uso de ácido nítrico diluído), a distribuição aproximada é:
\text{o}:\text{p}\approx 3:1
Isto reflete que o orto é mais formado por causa da estabilização adicional (incluindo a ligação de hidrogênio intramolecular), apesar do pequeno impedimento estérico. Esse valor é uma aproximação típica — dependendo do método experimental o número pode variar (por exemplo, \text{o}:\text{p} pode cair para cerca de 2:1 ou subir um pouco), mas 3:1 é um valor de referência usado em provas e livros.

Passo 6

Convertendo para porcentagens (fácil de memorizar para prova):
Se \text{o}:\text{p}\approx 3:1, então a fração de orto é \dfrac{3}{3+1}= \dfrac{3}{4}=0{,}75 e a fração de para é \dfrac{1}{4}=0{,}25. Em porcentagem:
\text{o}\approx 75\%,\qquad \text{p}\approx 25\%.
Dica de prova: explique sempre brevemente os dois fatores principais (ressonância que direciona para o/p e estabilização intramolecular do orto) e diga que a proporção depende das condições, mas que \text{o}:\text{p}\approx 3:1 é uma boa resposta aproximada.

Resposta

\text{o}:\text{p}\approx 3:1 (ou seja, \text{o}\approx 75\% e \text{p}\approx 25\%).

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