15- É observado que o composto abaixo apresenta um significativo momento dipolar. Utilizando seus conhecimentos de aromaticidade, justifique essa evidência experimental.
Passo 1
O enunciado dá a fórmula estrutural na forma SMILES:
. Observação experimental: o composto apresenta um momento dipolar significativo. A tarefa é justificar essa observação usando argumentos de aromaticidade, explicando por que a molécula tem polaridade permanente.
Passo 2
Interpretação da estrutura fornecida (o que a SMILES representa). A cadeia descrita corresponde a um sistema policíclico de dez carbonos compactado em dois anéis fusionados de tamanhos diferentes — trata‑se da molécula conhecida como azuleno (isômero do naftaleno). Em palavras: um anel de cinco membros fundido a um anel de sete membros, totalizando
átomos de carbono conjugados. Listei isso porque a geometria (anel 5 + anel 7) é o aspecto estrutural essencial que causa o efeito observado.
Passo 3
Relembrando aromaticidade (aulas rápidas e necessárias). Critérios importantes:
- Um sistema é aromaticamente estabilizado se for cíclico, planar (ou quase planar) e conjugado (ligações
contínuas). - A regra de Hückel dá a contagem de elétrons
para estabilidade aromática: um sistema aromático tem elétrons , onde é inteiro (ex.: benzena tem elétrons, com ). - A estabilização aromática pode vir de estruturas ressonantes diferentes; formas ressonantes que tornam subunidades aromáticas podem contribuir muito para o estado fundamental.
Passo 4
Aplicando a contagem de elétrons
à azuleno. O sistema conjugado total possui
elétrons
. Isso satisfaz a regra de Hückel com
para
. Logo, o conjunto total é aromaticamente estabilizado como um sistema de
elétrons
.
Passo 5
Análise das formas ressonantes que explicam a polaridade. Uma representação muito importante da azuleno é a forma ressonante que separa carga entre os dois anéis:
- Pode desenhar-se uma forma ressonante em que o anel de sete membros adquire caráter de tropílio (espécie aromática com carga positiva, akin a
) e o anel de cinco membros adquire caráter de ciclo‑pentadienil (espécie aromática com carga negativa, akin a ). - Em termos simples: existe uma forma canônica razoavelmente estabilizada em que o anel de sete membros é parcialmente positivo e o de cinco membros é parcialmente negativo. Ambas as subunidades, nessa forma, alcançam configurações aromáticas locais (cada uma com uma sexteta
local), o que dá grande ganho energético a essa forma ressonante.
Passo 6
Por que isso gera um momento dipolar apreciável. Como a forma ressonante com separação de carga contribui significativamente para o estado fundamental (porque transforma cada anel em uma unidade aromática estável), a densidade eletrônica fica deslocada: excesso parcial de carga negativa na região do anel de cinco membros e excesso parcial de carga positiva na região do anel de sete membros. Esse deslocamento contínuo de carga gera um vetor dipolar permanente apontando do anel negativo para o anel positivo. Em resumo: a estabilidade extra obtida ao tornar cada subanel aromaticamente favorável faz com que a contribuição de uma estrutura carregada não seja desprezível — e daí vem o momento dipolar grande observado.
Passo 7
Comparação rápida para fixar a ideia (exemplo pedagógico). O naftaleno (dois anéis de seis membros fusionados) tem distribuição eletrônica mais simétrica e não apresenta essa forte separação de cargas entre anéis equivalentes; por isso o naftaleno tem dipolo quase nulo. Já a azuleno, sendo não‑alternante (anel
+ anel
), admite a ressonância carga‑separada que favorece uma polaridade permanente. Essa diferença ajuda a entender por que moléculas isoméricas podem ter propriedades elétricas muito diferentes.
Resposta
A molécula é a azuleno (anel de 5 membros fundido a anel de 7 membros). Ela apresenta um momento dipolar significativo porque uma forma ressonante importante separa carga: o anel de sete membros adquire caráter parcialmente positivo (semelhante a
) e o anel de cinco membros fica parcialmente negativo (semelhante a
); essa contribuição ressonante é energeticamente favorecida pois torna cada subanel aromaticamente estabilizado, resultando em deslocamento de carga permanente e, portanto, em um dipolo apreciável.