A astaxantina é um composto carotenoide responsável pela cor do salmão. Em alguns crustáceos, como a lagosta e os camarões, ela encontra-se envolta em uma proteína presente em suas carapaças. Quando esses crustáceos são fervidos, a cadeia proteica se desnatura, liberando a astaxantina e conferindo uma cor rosa aos mesmos. A molécula do caroteno possui uma estrutura similar à astaxantina, sendo o caroteno responsável pela cor laranja de cenouras, mangas e caquis.
(A) Dentre os compostos, qual apresenta uma transição eletrônica
? Justifique a sua resposta. (B) Que tipo de transição eletrônica é responsável pelas cores observadas nesses compostos?
(A) Dentre os compostos, qual apresenta uma transição eletrônica
Passo 1
O enunciado descreve compostos carotenoides (astaxantina e o caroteno) e fornece um SMILES da astaxantina. Ele pergunta duas coisas:
(A) Qual dos compostos apresenta uma transição eletrônica ? Justifique.
(B) Que tipo de transição eletrônica é responsável pelas cores observadas nesses compostos?
(A) Qual dos compostos apresenta uma transição eletrônica
(B) Que tipo de transição eletrônica é responsável pelas cores observadas nesses compostos?
Informações relevantes dadas no enunciado (que vou usar na solução):
- Foi dado o SMILES da astaxantina — eu peguei essa informação do SMILES fornecido e nele aparecem explícitos um átomo de oxigênio ligado como grupo hidroxila
Oe uma ligação dupla a oxigênio=O(logo há grupose carbonila ). - O caroteno (molécula do caroteno citada) é um hidrocarboneto poliinsaturado (cadeia conjugada de duplas ligações) sem heteroátomos no esquema usual.
- Observação experimental: ambos apresentam cor visível (laranja/rosa), relacionada a transições eletrônicas.
Passo 2
O que é uma transição
? Explicação didática e passo a passo:
- Em química molecular, elétrons ocupam orbitais moleculares. Três tipos importantes aqui são:
- os elétrons em ligações
(orbitais ligantes ), - os orbitais antiligantes
(onde podem ir os elétrons excitados), - e os pares não ligantes
(lone pairs), que são elétrons em átomos como oxigênio, nitrogênio ou enxofre que não participam de ligação .
- os elétrons em ligações
- Uma transição
significa que um elétron inicialmente em um par não ligante ( ) é excitado para um orbital antiligante . - Onde aparecem pares não ligantes? Em heteroátomos (por exemplo, oxigênios de grupos
, , , etc.). Se a molécula não tem heteroátomos com pares livres, não terá orbitais disponíveis. - Características práticas dessa transição:
- Geralmente é de baixa intensidade (baixa probabilidade) comparada com
, porque costuma ser menos permitido pelas regras de seleção (menor força de oscilador). - A energia (logo o comprimento de onda absorvido) depende do sistema conjugado ligado ao grupo com par isolado; um
em carbonila costuma ocorrer em região UV-vis próxima, mas tipicamente mais fraco que os .
- Geralmente é de baixa intensidade (baixa probabilidade) comparada com
Passo 3
Análise estrutural da astaxantina usando o SMILES fornecido (peguei o SMILES do enunciado):
- No SMILES aparece
Oe=Opróximo ao anel final, o que indica a presença de pelo menos um grupo hidroxilae de uma carbonila . - Esses oxigênios possuem pares não ligantes
(cada oxigênio tem dois pares não ligantes em geral). - Conclusão direta desta análise: a astaxantina tem heteroátomos (O) com pares não ligantes, portanto possui orbitais
que podem participar de transições .
Passo 4
Análise estrutural do caroteno (informação inferida do enunciado sobre o caroteno):
- O caroteno clássico (β-caroteno) é um hidrocarboneto poliênico: sequência longa de ligações
conjugadas e somente átomos de carbono e hidrogênio. - Não há heteroátomos com pares não ligantes na estrutura do caroteno puro, logo não há orbitais
para promover . - Conclusão: o caroteno não apresenta transição
.
Passo 5
Explicando por que as cores aparecem — principal tipo de transição responsável:
- Em sistemas com muitas duplas ligações conjugadas (polienos), os elétrons
estão deslocalizados e a diferença de energia entre o HOMO ( ) e o LUMO ( ) diminui quando a extensão da conjugação aumenta. - A transição eletrônica mais intensa e relevante nesses compostos é a
: um elétron de um orbital (ocupado) é excitado para um (vazio). Essa transição tem alta intensidade (forte absorção) e ocorre a energias que, em polienos longos, caem na região do visível — por isso vemos cor. - Intuição física simples (analogia útil para prova): quanto maior a conjugação, maior o “tamanho” efetivo do sistema eletrônico; isso reduz a diferença de energia entre níveis e desloca a absorção para comprimentos de onda maiores (mais para o vermelho). Uma analogia comum é a da “partícula numa caixa”, onde o comprimento da caixa
relaciona-se inversamente com a energia dos níveis . Assim, maior conjugação menor maior absorvido. - Papel do
na cor: em moléculas com carbonila/oxigênio (como astaxantina), pode haver bandas fracas , mas normalmente estas são de baixa intensidade e menos determinantes para a cor forte; a cor dominante ainda vem de do sistema conjugado. Entretanto, a presença de grupos e a interação com o ambiente (por exemplo, ligação à proteína) pode deslocar (mudar) o máximo de absorção ( ), alterando a tonalidade observada. - Ligação com proteína (contexto do enunciado): quando a astaxantina está complexada à proteína, o ambiente da proteína pode alterar a energia dos orbitais e deslocar a absorção (mudando a cor observada). Ao ferver, a proteína se desnatura e libera a astaxantina livre, que tem sua própria
— isto explica a mudança de cor ao cozinhar crustáceos.
Passo 6
Resumo para responder objetivamente:
- (A) Se a molécula tem átomos de oxigênio com pares não ligantes (como a astaxantina, segundo o SMILES), então ela pode apresentar uma transição
. O caroteno, sendo um hidrocarboneto sem heteroátomos, não apresenta essa transição. - (B) A cor observada em carotenoides (salmão, cenoura, mangas, lagosta após cozimento) é principalmente causada por transições
em longos sistemas conjugados (polienos). As transições podem existir em compostos com oxigênio, mas são fracas e geralmente não são a principal origem da cor brilhante.
Resposta
(A) Astaxantina — apresenta transição
(há oxigênios com pares não ligantes no SMILES fornecido).
(B) As cores são principalmente causadas por transições em sistemas conjugados (polienos);
pode estar presente quando há oxigênio, mas é fraca.
(B) As cores são principalmente causadas por transições