Qual dos compostos abaixo é aromático? Justifique usando a regra de Huckel.
Passo 1
O que o enunciado pede: identificar qual (ou quais) dos dois compostos fornecidos é aromático, justificando pela regra de Hückel.
Os compostos fornecidos (em SMILES) são, verbalmente:
Os compostos fornecidos (em SMILES) são, verbalmente:
- Primeiro:
— corresponde ao ciclo pentadieno neutro (ciclo com duas ligações duplas), fórmula . - Segundo:
— corresponde a um ciclo de cinco carbonos com duas ligações duplas e um carbono positivado ( ), ou seja, o cátion ciclopentadienílico (carbocátion no anel).
Passo 2
Regra de Hückel (aula rápida e prática). Para que um sistema cíclico seja aromático, três condições devem ser simultaneamente satisfeitas:
- Ser cíclico e conjugado: todos os átomos do anel devem ter um orbital
disponível (ou seja, participar da conjugação em anel). - Ser (aproximadamente) planar, para que os orbitais
possam sobrepor-se. - Ter um número de elétrons
dado por , com inteiro não negativo (essa é a condição de Hückel). Exemplos: elétrons ; elétrons ; elétrons , etc.
Como contar elétrons
:
- Cada dupla ligação contribui com
elétrons . - Pares não ligantes podem contribuir (quando ocupam orbitais
). - Íons: um átomo com carga negativa pode trazer elétrons
extras; uma carga positiva geralmente corresponde a um orbital vazio (não contribui com elétrons ).
Também é importante verificar se cada átomo do anel tem um orbital(ou seja, é ou tem par não ligante em ); se houver um átomo , a conjugação do anel é interrompida e o sistema é não aromático.
Passo 3
Análise do primeiro composto (
, ciclo-pentadieno neutro).
- Estrutura: há duas duplas localizadas em posições do anel e existe um carbono que é
(o carbono que liga duas simples e um átomo de hidrogênio — o carbono do ciclopentadieno). - Consequência: esse carbono
não possui orbital para participar da conjugação em anel. Logo o anel NÃO está totalmente conjugado; a condição (1) da regra de Hückel (todos os átomos do anel com orbital ) falha. - Contagem de elétrons
: só as duas duplas contribuem com elétrons , mas, novamente, como a conjugação não é contínua em todo o anel, não se trata de um sistema aromático; classifica-se como não aromático (e, por falta de conjugação contínua, não se aplica diretamente a teste ). - Observação útil: se o carbono
fosse desprotonado (formando o ânion ciclopentadienílico, ), aquele átomo teria um par eletrônico em orbital e o anel teria elétrons (aromático, ). Mas no composto neutro dado isso não acontece.
Passo 4
Análise do segundo composto (
, cátion no anel).
- Geometria eletrônica do carbocátion: um carbono carregado positivamente em cadeia conjugada tende a ser
com um orbital vazio (trigonal planar). Portanto esse átomo tem um orbital disponível (vazio) que permite conjugação contínua com os outros quatro átomos do anel. Assim a condição de conjugação do anel é satisfeita (todos os cinco átomos são ou equivalentes, com orbitais alinháveis). - Contagem de elétrons
: existem duas duplas na estrutura, cada uma contribuindo com elétrons , somando elétrons no sistema. O orbital do carbono positivado está vazio e não adiciona elétrons. Logo o sistema conjugado do anel tem exatamente elétrons . - Aplicação da regra de Hückel:
elétrons não satisfazem para nenhum inteiro ; em vez disso com , caracterizando um caso antiaromático (sistemas com elétrons são, em princípio, antiaromáticos se forem cíclicos, planos e completamente conjugados). Anti-aromático implica instabilidade e falta de aromaticidade. Portanto este composto NÃO é aromático (é antiaromático, se mantiver planaridade).
Passo 5
Resumo conceitual e contraste rápido (para fixar):
- Ciclopentadieno neutro: falta de conjugação em todo o anel (um carbono
) → não aromático. - Cátion ciclopentadienílico (
): anel conjugado e planar possível, mas possui elétrons → segue (antiaromático) → não aromático.
Exemplo contrastante: o ânion ciclopentadienílico () teria elétrons e seria aromático ( com ).
Resposta
Nenhum dos dois é aromático.
Primeiro composto: não aromático (anel não totalmente conjugado; carbono ).
Segundo composto: não aromático (antiaromático — anel conjugado com elétrons, não satisfaz
).
Primeiro composto: não aromático (anel não totalmente conjugado; carbono
Segundo composto: não aromático (antiaromático — anel conjugado com