Qual dos compostos abaixo é aromático? Justifique usando a regra de Huckel.
Passo 1
O enunciado pede: identificar qual dos dois compostos é aromático e justificar usando a regra de Hückel. Os dois compostos fornecidos (em SMILES) são:
- Primeiro:
C1=CCC=C1. É a molécula neutra conhecida como ciclopentadieno (anel de cinco carbonos com duas duplas). - Segundo:
c1cc[nH]c1. É o pirrol (anel de cinco membros aromático na forma usual, com um nitrogênio ligado a um hidrogênio).
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
- Primeiro composto tem duas ligações duplas formadas por carbonos (dois pares de elétrons
provenientes de duas ligações C=C). - Segundo composto tem duas ligações duplas mais um átomo de nitrogênio com um par de elétrons não ligantes (o nitrogênio é do tipo
na estrutura aromática do pirrol). - A justificativa pedida deve usar a regra de Hückel.
Passo 2
Relembrando a teoria (aula rapidinha e essencial para a prova):
- Critérios para que um composto seja aromático (condições que precisam ser todas verdadeiras):
- ser cíclico (formar um anel);
- ser plano (os átomos do anel devem poder acomodar orbitais p paralelos);
- ser conjugado em todo o anel (cada átomo do anel deve ter um orbital p disponível para participar do sistema
); - satisfazer a regra de Hückel para o número de elétrons
: o número total de elétrons no sistema deve ser da forma
com inteiro maior ou igual a . Exemplos: elétrons são permitidos; não. - Como contar elétrons
: - Cada ligação dupla C=C contribui com
elétrons . - Um par de elétrons não ligantes (lone pair) pode ou não participar do sistema
: participa se estiver num orbital p perpendicular ao plano do anel (ou seja, quando esse par ocupa um orbital p que se sobrepõe ao sistema ). Em heterociclos isso é decisivo (por exemplo, em pirrol o lone pair do N participa; em piridina um lone pair de N não participa porque está em orbital sp2 perpendicular aos já existentes). - Um átomo sp3 no anel não tem orbital p conjugado e, portanto, interrompe a conjugação (o anel deixa de ser totalmente conjugado).
- Cada ligação dupla C=C contribui com
Passo 3
Análise do primeiro composto
C1=CCC=C1 (ciclopentadieno neutro):- Estrutura: é um anel de cinco carbonos com duas duplas e um carbono que é
(ou seja, um carbono sp3). Esse carbono sp3 aparece porque numa cadeia de cinco carbonos com exatamente duas duplas adjacentes há necessariamente um carbono saturado. - Contagem de elétrons
: cada dupla C=C dá elétrons, então há elétrons provenientes das duplas. - Verificação dos critérios:
- É cíclico e tem duplas (ok).
- Não é verdade que todos os átomos do anel possuem orbital p: o carbono
é sp3 e não tem orbital p disponível, portanto o anel NÃO é conjugado ao longo de todo o perímetro. - Mesmo que hipoteticamente o anel fosse conjugado,
elétrons não satisfazem (pois não existe inteiro tal que ). Portanto falha por dois motivos: falta de conjugação completa (sp3 quebra o sistema) e número de elétrons impossível para Hückel.
- Conclusão para o primeiro composto: o ciclopentadieno neutro NÃO é aromático (não satisfaz os requisitos).
Observação didática extra (útil para prova): se o ciclopentadieno perdesse um próton em um dos carbonos
, formando o ânion ciclopentadienila (
), esse átomo tornaria-se sp2 e o anel ficaria totalmente conjugado com
elétrons
, então o ânion seria aromático (caso clássico que mostra como uma desprotonação pode gerar aromaticidade).
Passo 4
Análise do segundo composto
c1cc[nH]c1 (pirrol):- Estrutura: anel de cinco membros com duas ligações duplas (duas ligações C=C) e um átomo de nitrogênio ligado a um hidrogênio (N–H). Na representação aromática do pirrol, o nitrogênio é sp2 e tem um par de elétrons não ligantes.
- Contagem de elétrons
: - Duas duplas C=C
elétrons . - O nitrogênio do pirrol tem um lone pair. Nesse caso, esse par de elétrons está em um orbital p perpendicular ao plano do anel e participa da deslocalização
. Assim esse lone pair contribui com elétrons . - Total de elétrons
: .
- Duas duplas C=C
- Verificação dos critérios:
- Ciclico: sim.
- Planar: sim, pirrol é planar (os átomos sp2 permitem sobreposição de orbitais p).
- Conjugado: sim — todos os átomos do anel (os quatro carbonos e o nitrogênio sp2) têm orbitais p que participam do sistema
. - Regra de Hückel:
elétrons satisfazem
com (pois ). Logo satisfaz Hückel. - Conclusão para o segundo composto: o pirrol É aromático.
Dica prática para provas: quando ver heterociclos com N–H (pirrol tipo), lembre que o lone pair do N normalmente participa no anel aromático; quando o N não tem H (piridina), o lone pair está num orbital sp2 e não participa.
Passo 5
Síntese final e motivação rápida: o primeiro composto falha porque não é totalmente conjugado (tem carbono sp3) e tem
elétrons
(não satisfaz
). O segundo composto (pirrol) é totalmente conjugado e tem
elétrons
, portanto satisfaz a regra de Hückel e é aromático. Força aí nos estudos — essa contagem de elétrons vira hábito com prática!
Resposta
C1=CCC=C1: não aromático
c1cc[nH]c1: aromático
c1cc[nH]c1: aromático