Desenhe a fórmula estrutural dos carbocátions mais estáveis para cada fórmula molecular:
.
Passo 1
O enunciado pede que eu desenhe a fórmula estrutural do(s) carbocátion(ons) mais estável(is) correspondentes à fórmula molecular
.
Informações dadas: a espécie é um carbocátion com fórmula . Não há figura nem restrição adicional.
Informações dadas: a espécie é um carbocátion com fórmula
Passo 2
Primeiro vamos entender o que é um carbocátion e quais fatores determinam sua estabilidade (vai nos ajudar a escolher o mais estável).
- Um carbocátion é um íon com carga positiva localizada num átomo de carbono; esse carbono tem apenas três ligações e está eletronicamente deficiente. Escrevemos a carga como um superíndice
no carbono afetado. - Três fatores principais que aumentam a estabilidade de um carbocátion:
- Efeito indutivo de grupos alquila: grupos alquila (como
) doam densidade eletrônica por ligação sigma e ajudam a estabilizar a carga positiva. Quanto mais grupos alquila ligados ao carbono carregado, melhor. - Hiperconjugação: são interações da orbital
de ligações adjacentes com a orbital vazia do carbono positivo; cada ligação numa posição beta (no carbono vizinho) que possa se alinhar contribui com uma estrutura de hiperconjugação que estabiliza o cátion. Mais ligações disponíveis = mais estabilização. - Ressonância (quando disponível): delocalização da carga por sobreposição de orbitais p com sistemas conjugados; muito efetiva quando existe, mas no nosso caso para
não há sistema conjugado típico.
- Efeito indutivo de grupos alquila: grupos alquila (como
- Ordem típica de estabilidade (quando somente efeito indutivo/hiperconjugação importam):
.
Passo 3
Agora vamos listar os possíveis carbocátions que têm fórmula
. São dois isômeros constitucionais principais:
- carbocátion primário (n-propílico) com carga num carbono terminal:
. - carbocátion secundário (isopropílico) com carga no carbono central:
.
Vou escrever as fórmulas estruturais condensadas (que equivalem ao desenho estrutural pedido).
Passo 4
Vamos analisar a estabilização por hiperconjugação e indutivo para cada isômero (contando quantas ligações
adjacentes podem fazer hiperconjugação):
-
Para o carbocátion secundário
: o carbono carregado está ligado a dois grupos e a um hidrogênio. Cada grupo adjacente tem ligações que podem participar de hiperconjugação. Assim, o número total de ligações adjacentes que estabilizam por hiperconjugação é . Além disso, há dois grupos alquila ( ) doando por efeito indutivo — isto aumenta ainda mais a estabilidade. -
Para o carbocátion primário
(carga num carbono terminal): o carbono carregado tem apenas um carbono vizinho ( ), o qual possui ligações que podem hiperconjugar. Logo, apenas ligações contribuem por hiperconjugação. Além disso, há só um grupo alquila efetivo estabilizante por indutivo (menos do que no secundário).
Comparação:
hipercontribuições (secundário) versus
(primário); mais grupos alquila no secundário. Portanto o carbocátion secundário é claramente mais estável.
Passo 5
Conclusão interpretativa: entre as estruturas possíveis para
, o carbocátion mais estável é o carbocátion secundário (isopropílico),
. O primário
existe, mas é significativamente menos estável.