Qual dos compostos abaixo é aromático? Justifique usando a regra de Huckel.
Passo 1
O que o enunciado pede: identificar qual dos dois compostos é aromático e justificar usando a regra de Hückel. Os dois compostos fornecidos (peguei os SMILES do enunciado) são:
-
(anel com quatro átomos de carbono e duas ligações duplas alternadas — o ciclobutadieno neutro). -
(um anel de quatro carbonos em que um carbono tem carga negativa, representado como , e há ligações duplas alternadas).
O objetivo agora é, para cada composto, verificar as condições de aromaticidade e usar a regra de Hückel para contar os elétrons π.
Passo 2
Relembrando didaticamente as condições de aromaticidade (passo-a-passo, sem pular etapas):
- Um sistema aromático precisa ser cíclico — os átomos formando a cadeia fecham um anel.
- Todos os átomos do anel devem ter orbitais
conjugados (ou seja, o sistema é conjugado e permite delocalização dos elétrons π ao redor do anel). - O sistema deve ser plano (ou suficientemente próximo de plano) para que os orbitais
possam sobrepor lateralmente. - A regra de Hückel: o número total de elétrons π que participam da delocalização deve ser da forma
, com inteiro não negativo ( ). Se o número de elétrons π for → aromático; se for → antiaromático; outros números → não aromático (ou não conjugado adequado).
Explicando o que são “elétrons π” de modo prático:
- Cada dupla ligação
traz elétrons π (o par que forma a nuvem π). - Um par não ligante (lone pair) localizado em um orbital
perpendicular ao plano também conta como elétrons π e pode participar da conjugação. - Ao contar, considerar somente os elétrons que realmente ocupam orbitais
conjugados ao longo do anel.
Passo 3
Analisando o composto (A)
(ciclobutadieno neutro).
- Estrutura: anel de
carbonos com duas ligações duplas alternadas; todos os carbonos estão envolvidos na conjugação do anel (conceitualmente é cíclico e conjugado). - Contagem de elétrons π: há duas duplas, cada uma com
elétrons π. Logo:
- Aplicando Hückel: procuramos
tal que . Fazer a verificação:
o que não é inteiro. Portanto
não satisfaz a forma
. Pelo contrário,
é da forma
com
, caracterizando antiaromaticidade.
- Conclusão parcial: o ciclobutadieno neutro tem
elétrons π e é antiaromático — isso também explica por que isoladamente é muito instável e tende a distorcer (quebra da planicidade) para evitar a antiaromaticidade (efeito de Jahn–Teller).
Passo 4
Analisando o composto (B)
.
- Interpretação estrutural e a razão física de contagem: o fragmento
indica que um carbono do anel carrega uma carga negativa, ou seja, há um par isolado de elétrons naquele carbono. Se esse par isolado estiver em um orbital perpendicular ao plano do anel (situação plausível quando o carbono se torna e a carga pode ser delocalizada), então esse par participa da conjugação como elétrons π. - Além disso, o anel ainda apresenta duas ligações duplas (como no caso neutro), que fornecem
elétrons π vindos das π-bonds. - Então, somando os elétrons π que efetivamente participam na delocalização:
- Aplicando Hückel: verificar se
cabe em :
que é inteiro. Portanto
satisfaz a regra de Hückel.
- Condições adicionais: com o par não ligante em
e todos os carbonos efetivamente , o sistema pode ser conjugado e plano, permitindo a delocalização dos elétrons π ao redor do anel. Assim, a espécie com carga negativa tem estabilidade aromática por delocalização desses elétrons π.
Passo 5
Resumo físico-químico (curto e encorajador): o primeiro composto é antiaromático (instável como composto planar), enquanto o segundo, com o par não ligante conjugado, tem
elétrons π e satisfaz a regra de Hückel, sendo aromático e portanto estabilizado pela delocalização. Foco na prova: sempre conte os elétrons π vindo de duplas e de pares não ligantes em orbital
, e verifique a forma
.
Resposta
C1=CCC=C1: não aromático (antiaromático), possui
elétrons.
[C-]1C=CC=C1: aromático, possui elétrons (satisfeita a regra de Hückel,
com
).
[C-]1C=CC=C1: aromático, possui