Escreva todas as estruturas de ressonância para as substâncias a seguir. Deixe representado o híbrido de ressonância para cada substância e assinale qual(is) é (são) a (as) estrutura que contribui mais para a estrutura real, isto é, o híbrido de ressonância,
a)
a)
Passo 1
O enunciado pede: “Escreva todas as estruturas de ressonância para a substância dada por
. Deixe representado o híbrido de ressonância e assinale qual(is) estrutura(s) contribui(m) mais para a estrutura real (o híbrido).”
Informações fornecidas:
- A molécula está indicada pelo SMILES
. - Precisamos listar todas as estruturas de ressonância (canônicas), desenhar/ descrever o híbrido de ressonância e dizer quais formas contribuem mais.
Passo 2
Interpretação da fórmula/descrição da estrutura de partida (para sabermos o que vamos ressonar):
- A partir do SMILES dado você tem um anião ciclíclico de cinco carbonos (um total de cinco átomos de carbono conectados em anel), com duas ligações duplas e um carbono carregando a carga negativa. Em química orgânica isso é o anião ciclopentadienila, ou seja o íon
sem colocar hidrogênios explicitamente no SMILES. - Para desenhar ressonância precisamos conhecer os elétrons π disponíveis: cada ligação dupla traz
elétrons π; o carbanión traz um par de elétrons não-ligantes (lone pair) que participa do sistema π. Assim:
- Ter
elétrons π num sistema cíclico planar segue a regra de Hückel ( com ), portanto o anião é aromático e a deslocalização do elétron (carga) é fortemente estabilizada. Isso explica por que o híbrido ressonante é especialmente importante aqui.
Passo 3
Regras práticas para gerar estruturas de ressonância que vou usar explicitamente (bem didático):
- Só movemos elétrons π e pares solitários; não quebramos ligações σ.
- Ao mover elétrons, sempre cheque as cargas formais e o octeto de cada átomo (cada carbono quer 8 elétrons ao redor na forma de ligações e pares).
- Formas que mantêm octetos completos e distribuem a carga de modo mais espalhado são mais estáveis (portanto contribuem mais). Aqui, todas as formas que vamos obter têm octetos completos e uma única carga
sobre um carbono; por simetria elas serão equivalentes.
Passo 4
Escolha de uma notação para enumerar e explicar as ressonâncias:
- Numeramos os carbonos do anel como
em sequência circular. - Uma forma canônica típica tem a carga negativa localizada em um carbono e duas ligações duplas posicionadas nos dois pares de carbonos adjacentes, por exemplo com carga em
. - Vou escrever cada estrutura canônica como uma sequência cíclica indicando ligações simples e duplas e mostrando onde está a carga: por exemplo,
significa que
tem a carga negativa (um par não-ligante), há dupla entre
e
, e outra dupla entre
e
; as demais são ligações simples.
Passo 5
Escrever todas as estruturas de ressonância (as cinco formas equivalentes):
- Como o anel tem 5 carbonos e a deslocalização pode “rodar” a posição da dupla/carga, existem cinco formas canônicas equivalentes, cada uma com a carga localizada em um dos cinco carbonos. As escrevo explicitamente (cada linha é uma forma canônica):
- Observação sobre a notação: cada forma tem exatamente duas ligações
e uma carga localizada . As cinco formas são interconvertíveis por deslocamento dos elétrons π ao redor do anel (o que você faria com setas curvas numa folha).
Passo 6
Verificação rápida de validade das formas canônicas (ensino passo a passo):
- Octeto: cada carbono tem no máximo três ligações covalentes e, quando carbanion, ainda tem um par não-ligante; isso dá o octeto completo (contador: cada ligação conta 2 elétrons compartilhados).
- Carga formal: cada forma tem uma única carga
localizada em um carbono. Não há cargas positivas espalhadas; é uma forma razoável. - Todas as cinco formas obedecem às regras de ressonância (movimentação de pares π ou lone pair sem quebrar ligações σ).
- Como consequência e por simetria, nenhuma das cinco formas é energeticamente preferível às outras — elas são equivalentes.
Passo 7
Representação do híbrido de ressonância (o que realmente acontece, “a estrutura real”):
- O híbrido é a média quântico-clássica dessas cinco formas. Duas consequências importantes que podemos quantificar qualitativamente:
- A carga negativa está deslocalizada por todo o anel; cada átomo de carbono carrega, em média, uma fração da carga total:
- Cada ligação C–C do anel é equivalente por simetria. Podemos calcular a ordem de ligação média de cada ligação: em cada forma canônica, há 2 ligações duplas entre 5 ligações totais. Ao longo das 5 formas, cada ligação é dupla em exatamente 2 das 5 formas, então a ordem média por ligação é
- Uma notação habitual do híbrido é desenhar o anel com um círculo no interior (como em benzena) indicando deslocalização π, ou escrever
com a anotação “sistema π aromático” e mencionar as frações de carga acima.
Passo 8
Qual(is) estrutura(s) contribui(m) mais para o híbrido e por quê:
- Critério geral: contribuições maiores vêm de estruturas que (i) respeitam o octeto, (ii) minimizam cargas formais (especialmente cargas contrárias próximas), (iii) não colocam carga negativa em átomos muito eletronegativos injustificadamente, etc.
- No nosso caso, todas as cinco estruturas satisfazem igualmente o octeto e todas têm exatamente uma carga
localizada em um carbono; por simetria todos os carbonos são equivalentes. Logo: - As cinco estruturas canônicas são energeticamente equivalentes e, portanto, contribuem igualmente para o híbrido.
- Observação final intuitiva e motivadora: apesar de poder desenhar cada forma com a carga em um único carbono, a estrutura real é muito mais estável justamente porque a carga está espalhada — por isso a forma real é melhor descrita pelo híbrido deslocalizado (e não por qualquer uma das formas individuais).
Resposta
Cinco estruturas de ressonância equivalentes (carga
localizada em
, formas (I) a (V) descritas acima).
Híbrido: anel aromático com elétrons
deslocalizados (carga média
em cada carbono, ordem de ligação média
para cada C–C).
Contribuição: todas as cinco estruturas canônicas contribuem igualmente para o híbrido.
Híbrido: anel aromático
Contribuição: todas as cinco estruturas canônicas contribuem igualmente para o híbrido.