Questão Q04 da 2ª fase da FUVEST 2015

3º dia · Química

Compostos com um grupo \ce{NO2} ligado a um anel aromático podem ser reduzidos, sendo o grupo \ce{NO2} transformado em \ce{NH2}, como representado ao lado.

Esquema de redução do nitrobenzeno a anilina: um anel benzênico ligado a NO₂ é transformado em um anel benzênico ligado a NH₂. Sobre a seta está H₂ e abaixo está “catalisador”.

Compostos alifáticos ou aromáticos com grupo \ce{NH2}, por sua vez, podem ser transformados em amidas ao reagirem com anidrido acético. Essa transformação é chamada de acetilação do grupo amino, como exemplificado ao lado.

Esquema de acetilação: R–NH₂ reage com anidrido acético, de estrutura CH₃–C(=O)–O–C(=O)–CH₃, formando a amida R–NH–C(=O)–CH₃ e ácido acético, CH₃–C(=O)–OH.

Essas transformações são utilizadas para a produção industrial do paracetamol, que é um fármaco empregado como analgésico e antitérmico.

Fórmula estrutural do paracetamol: anel benzênico com os grupos HO– e –NH–C(=O)–CH₃ em posições para. À direita da estrutura está escrito “Paracetamol”.

a) Qual é o reagente de partida que, após passar por redução e em seguida por acetilação, resulta no paracetamol? Escreva a fórmula estrutural desse reagente, no quadro da página de respostas.

O fenol (\ce{C6H5OH}) também pode reagir com anidrido acético. Nessa transformação, forma-se acetato de fenila.

b) Na etapa de acetilação do processo industrial de produção do paracetamol, formam-se, também, ácido acético e um subproduto diacetilado (mas monoacetilado no nitrogênio). Complete o esquema da página de respostas, de modo a representar a equação química balanceada de formação do subproduto citado.

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Resolução comentada

a) O paracetamol tem \ce{-OH} e \ce{-NHCOCH3} em posições para. A acetilação transforma \ce{-NH2} em \ce{-NHCOCH3}, então antes dela o composto era o 4-aminofenol. A redução transforma \ce{-NO2} em \ce{-NH2}, então antes dela o grupo era \ce{-NO2}, no mesmo carbono e sem alterar o \ce{-OH}.

A sequência é:

\ce{HO-C6H4-NO2 ->[H2][cat.] HO-C6H4-NH2 ->[(CH3CO)2O] HO-C6H4-NHCOCH3}

O reagente de partida é o 4-nitrofenol (p-nitrofenol): anel benzênico com \ce{-OH} em um carbono e \ce{-NO2} no carbono oposto (posição para). 4-nitrofenol, \ce{HO-C6H4-NO2} (grupos OH e NO₂ em para).

b) O 4-aminofenol tem dois grupos que reagem com o anidrido acético: o \ce{-NH2}, que forma amida, e o \ce{-OH} fenólico, que forma éster, como no acetato de fenila. O subproduto é monoacetilado no nitrogênio e também acetilado no oxigênio. Trata-se do acetato de 4-acetamidofenila, \ce{CH3COO-C6H4-NHCOCH3}.

Cada acetilação consome uma molécula de anidrido e libera uma de ácido acético. Por isso a equação usa 2 anidridos e forma 2 ácidos acéticos:

\ce{HO-C6H4-NH2 + 2 (CH3CO)2O -> CH3COO-C6H4-NHCOCH3 + 2 CH3COOH}

Conferindo os átomos: \ce{C6H7NO + 2 C4H6O3} dá C: 14, H: 19, N: 1, O: 7. Já \ce{C10H11NO3 + 2 C2H4O2} também dá C: 14, H: 19, N: 1, O: 7. A equação está balanceada.

O mesmo subproduto também se obtém pela acetilação do \ce{-OH} do paracetamol, com 1 anidrido para 1 ácido acético formado.

Equação: 4-aminofenol + 2 anidrido acético → acetato de 4-acetamidofenila (\ce{CH3COO-C6H4-NHCOCH3}) + 2 ácido acético.

Assuntos: química orgânica, funções nitrogenadas e amidas, reações de acetilação.

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