Para cada uma das moléculas abaixo indique que orbitais, híbridos ou não, estão envolvidos na formação de cada ligação assinalada. Também indique que tipo de ligação está ocorrendo.
Passo 1
O que o enunciado pede: para cada molécula indicar, para cada ligação assinalada, quais orbitais (híbridos ou não) participam da formação dessa ligação e que tipo de ligação é (sigma, pi, simples, dupla, tripla, etc.).
Informações fornecidas:
- Foi dada a cadeia por SMILES:
. A partir desse SMILES (informação extraída do enunciado): - A molécula contém uma porção amina secundária (N ligado a um metil e a um carbono quiral) e uma função imina (grupo
) na extremidade. - Não há figura no SMILES indicando quais ligações estão marcadas; portanto vou analisar duas ligações relevantes e típicas de prova nesta molécula: (i) a ligação simples
entre o carbono metílico inicial e o nitrogênio adjacente; (ii) a ligação dupla (imina) na extremidade.
- A molécula contém uma porção amina secundária (N ligado a um metil e a um carbono quiral) e uma função imina (grupo
- Foi fornecida uma imagem (estrutura em cadeia curta) onde aparecem as unidades
e há duas setas assinalando dois carbonos (uma seta no carbono vinílico da dupla e outra seta no carbono terminal do triplo). Da imagem (informações extraídas): - Trata-se de uma estrutura conjugada enino:
. - As setas assinalam (A) o carbono vinílico na dupla ligação
à esquerda e (B) o carbono terminal do triplo à direita.
- Trata-se de uma estrutura conjugada enino:
Observação sobre minha escolha: como o SMILES não vinha com marcações visuais, escolhi as duas ligações estruturalmente mais significativas nessa molécula (C–N simples inicial e o C=N da imina). Se o professor tivesse marcado outras ligações, o raciocínio abaixo mostra o procedimento e serve para qualquer ligação análoga.
Passo 2
Breve revisão didática (como decidir híbrido e que orbitais se sobrepõem)
- Regra prática para determinar o híbrido de um átomo de carbono ou nitrogênio: contar as regiões de densidade eletrônica ligadas ao átomo (ligações simples e ligações múltiplas contam cada conjunto sigma como uma região; pares isolados contam também).
- Se há 4 regiões → híbrido
(geometria tetraédrica). - Se há 3 regiões → híbrido
(geometria trigonal planar). - Se há 2 regiões → híbrido
(geometria linear).
- Se há 4 regiões → híbrido
- Como as ligações se formam:
- Cada ligação sigma (
) resulta do overlap frontal entre dois orbitais (podem ser híbridos ou 1s de H). - Cada ligação
resulta do overlap lateral entre orbitais não hibridizados, perpendiculares ao plano das .
- Cada ligação sigma (
- Observação sobre nitrogênio: um N ligado a três grupos e possuindo um par livre tende a ser
(par em orbital híbrido) se não houver ressonância; se o lone pair estiver conjugado com uma dupla adjacente (ressonância), o N pode ser (par no orbital ou parcialmente delocalizado).
Vou aplicar estas regras passo a passo às ligações pedidas.
Passo 3
Análise da primeira molécula (SMILES) — ligação 1: ligação simples entre o carbono metílico inicial e o nitrogênio adjacente (ligação
)
- Identificação dos átomos e suas contagens de regiões de densidade:
- O carbono metílico inicial (o
ligado ao N) tem quatro ligações simples (três H e o N) → 4 regiões → híbrido . - O nitrogênio nessa posição (aquele ligado ao metil e ao carbono quiral) está ligado a dois carbonos e tem um par de elétrons não ligantes → total 3 regiões de densidade → geometria aproximadamente trigonal, portanto tende a ser
(o par livre ocupa um orbital híbrido se não há conjugação forte).
- O carbono metílico inicial (o
- Orbitais que se sobrepõem para formar a ligação
: - Sigma (
) da ligação é formado pela sobreposição frontal entre o orbital híbrido do carbono e o orbital híbrido do nitrogênio. - Não há
nessa ligação (é ligação simples).
- Sigma (
- Observações didáticas e visualização:
- Pense no orbital
do carbono como um “lobinho” direcionado para o átomo N; o orbital do N também aponta para o C; o overlap frontal desses lobos gera a ligação . - O par livre do N ocupa um outro orbital
(não usado na ligação), o que explica a geometria e a basicidade do nitrogênio.
- Pense no orbital
Passo 4
Análise da primeira molécula (SMILES) — ligação 2: ligação dupla da imina
- Identificação dos átomos e contagens:
- O carbono da imina (
) está ligado a duas outras coisas (por exemplo, um carbono da cadeia e o N) e participa de uma dupla → 3 regiões → híbrido . - O nitrogênio da imina está ligado a um carbono por dupla e a outro substituinte (ou tem um par) → também 3 regiões → tende a ser
. Além disso, o par livre do N em uma imina costuma estar em um orbital ou parcialmente delocalizado, e o N e o C são coplanares.
- O carbono da imina (
- Orbitais envolvidos:
- A ligação
da dupla resulta do overlap frontal entre um orbital híbrido do carbono e um orbital híbrido do nitrogênio: . - A ligação
da dupla vem da sobreposição lateral entre orbitais não hibridizados do carbono e do nitrogênio: (os dois são perpendiculares ao plano definido pelos ).
- A ligação
- Tipo de ligação: ligação dupla (uma
+ uma ), com geometria trigonal planar ao redor do carbono e do nitrogênio da imina.
Passo 5
Análise da imagem (segunda molécula): setas em (A) carbono vinílico da dupla
(esquerda) e (B) carbono terminal do triplo
(direita)
A) Carbono vinílico (seta à esquerda, na
):
- Contagem de regiões: este carbono está ligado a três grupos (H, outro C da dupla, e próximo C da cadeia) → 3 regiões → híbrido
. - Ligações envolvendo esse carbono:
- A ligação
da dupla é . - A ligação
da dupla é (um único , resultado de overlap lateral de um em cada carbono). - A ligação
ligada a esse carbono é (sigma).
- A ligação
- Tipo de ligação assinalada: se a seta indica o próprio átomo, então as ligações principais desse átomo são:
(entre carbonos) + ; e (C–H).
B) Carbono terminal do triplo (seta à direita, na
terminal)
- Contagem de regiões: carbono ligado a dois grupos (o outro carbono do triplo e um H) → 2 regiões → híbrido
. - Ligações envolvendo esse carbono:
- A ligação sigma do triplo entre os dois carbonos é
. - As duas ligações
do triplo vêm de dois conjuntos de orbitais não hibridizados, perpendiculares entre si: e . Assim formam-se duas ortogonais. - A ligação C–H terminal é
(sigma), e como o orbital sp tem maior caráter s, o H ligado a um carbono sp é mais ácido que H ligado a sp2 ou sp3.
- A ligação sigma do triplo entre os dois carbonos é
- Tipo de ligação assinalada: tripla
= uma sp–sp + duas (p–p) perpendiculares; o C–H terminal é .
Passo 6
Resumo conceitual rápido (regras práticas que você pode usar na prova)
- Conta as “regiões de densidade” ao redor do átomo (ligações sigma e pares isolados). 4 →
, 3 → , 2 → . - Ligação simples: sempre formada por um
(overlap de orbitais híbridos ou 1s). - Ligação dupla:
(híbrido–híbrido) + (p–p). - Ligação tripla:
(sp–sp) + duas (dois pares p–p perpendiculares). - Nitrogênio: se ligado por dupla (iminia) tende a ser
e participa com orbital na ; se ligado somente por simples e com par livre e sem ressonância, tende a ser .
Resposta
Molécula (SMILES) — ligação
:
formando uma ligação
(ligação simples).
Molécula (SMILES) — ligação
(imina):
:
;
:
. Tipo: dupla (
).
Molécula da imagem — seta (A), carbono vinílico na
:
da dupla é
;
é
. C–H ligado a esse carbono:
. Tipo: dupla (
).
Molécula da imagem — seta (B), carbono terminal do
:
do triplo é
; duas
são
perpendiculares. C–H terminal:
. Tipo: tripla (uma
+ duas
).