Forneça as estruturas de ressonância do antraceno e do fenantreno. Qual desses dois hidrocarbonetos isoméricos se esperaria ser o mais estável?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) “Forneça as estruturas de ressonância do antraceno e do fenantreno” — ou seja, mostre as principais estruturas de ressonância (Kekulé/Clar) que representam cada hidrocarboneto; (2) “Qual desses dois hidrocarbonetos isoméricos se esperaria ser o mais estável?” — escolha qual é mais estável e justifique.
Informações relevantes dadas implicitamente: ambos são hidrocarbonetos aromáticos policíclicos isoméricos com fórmula ; um é linear (antraceno) e o outro é angular (fenantreno). Nada mais foi fornecido no enunciado.
Informações relevantes dadas implicitamente: ambos são hidrocarbonetos aromáticos policíclicos isoméricos com fórmula
Passo 2
Conceitos básicos necessários (aula rápida e direta, sem pular passos):
- Ressonância: quando uma molécula não pode ser bem descrita por uma única fórmula de ligação, representamos várias “estruturas de ressonância” (ou formas de Kekulé) que, combinadas, descrevem a distribuição real dos elétrons π. Nenhuma forma isolada é a “verdadeira”; a realidade é uma mistura (resonância) delas.
- Sexteto aromático (Clar): em anéis benzênicos a presença de um “sexteto aromático” — seis elétrons π deslocalizados formando um anel aromático — dá grande estabilidade. Em sistemas poli-fusos, as formas que mostram o maior número possível de sextetos disjuntos (não sobrepostos) costumam contribuir mais para a estabilidade total. Isso é a ideia da “Regra de Clar”.
- Como usar na prática: para comparar estabilidade entre isômeros poli‑cíclicos, contamos quantos sextetos aromáticos disjuntos cada um pode ter nas suas melhores estruturas de ressonância. Mais sextetos disjuntos → mais estabilização aromática → mais estável.
Passo 3
Identificação e rotulagem útil para desenhar mentalmente as estruturas: para facilitar a explicação, chamo os três anéis condensados de cada sistema de anel
(esquerdo),
(central) e
(direito). Isso vale tanto para o antraceno (linear) quanto para o fenantreno (angular).
Passo 4
Estruturas de ressonância do antraceno — explicação didática:
- O antraceno tem fórmula
e três anéis benzênicos fundidos em linha: . - Pelas formas de Kekulé, existem várias distribuições possíveis de ligações duplas. As formas mais importantes, do ponto de vista de Clar, são:
- Forma com um sexteto aromático no anel
(anel terminal esquerdo). Nesse caso, o anel é benzênico (círculo de seis elétrons), e os anéis e têm ligações duplas localizadas que conectam com e entre si. - Forma equivalente com o sexteto no anel
(anel terminal direito) — é a imagem espelhada da anterior. - Há também formas com distribuição de duplas onde o anel
(central) parece ganhar mais caráter de dupla, mas essas contribuem menos para a ressonância total que as duas primeiras.
- Forma com um sexteto aromático no anel
- Resumindo em termos de Clar: o antraceno, em suas melhores (mais importantes) formas de ressonância, admite apenas um sexteto aromático isolado por forma. Ou seja, o máximo de sextetos disjuntos que podemos colocar é 1. Isso limita a estabilização aromática do sistema.
(Observação didática: imaginar desenhando um círculo dentro do anel
ou dentro do anel
representa as duas formas principais. Não existe uma forma importante com dois sextetos disjuntos simultâneos em antraceno.)
Passo 5
Desenho mental/descrição explícita das principais formas do antraceno (para você poder reproduzir na prova):
- Forma I (sexteto em
): anel desenhado como um anel benzênico (círculo). Entre e há ligações simples/duplas concordantes de modo que o anel apresenta duas duplas localizadas; o anel tem uma sequência de duplas complementares. - Forma II (sexteto em
): análoga, com o sexteto no anel . - Forma III: uma forma onde o caráter π está mais concentrado no anel central
; contribuição menor.
Dica prática para prova: desenhe os dois anéis terminais com um círculo cada (um de cada vez) para mostrar as duas formas principais, depois indique setas de ressonância entre elas.
Passo 6
Estruturas de ressonância do fenantreno — explicação didática:
- O fenantreno também tem
, mas os três anéis são fundidos em ângulo (forma em “L” ou em “ang”. rotulada e como anéis extremos e como o anel central angular). - Aplicando a Regra de Clar, existe uma forma muito importante do fenantreno que apresenta dois sextetos aromáticos disjuntos ao mesmo tempo: tipicamente um sexteto no anel
(o anel central angular) e outro sexteto em um dos anéis extremos (digamos ). Há outra forma equivalente em que o sexteto extremo aparece no anel em vez de . Essas duas formas são equivalentes e ambas têm dois sextetos. - Portanto, o fenantreno, em suas melhores formas de ressonância, pode acomodar dois sextetos disjuntos simultaneamente.
Passo 7
Desenho mental/descrição explícita das principais formas do fenantreno (para você reproduzir na prova):
- Forma principal (Clar): desenhar um círculo (sexteto) no anel central
e outro círculo em um anel extremo (por exemplo ); o outro anel extremo terá ligações duplas localizadas. - Forma equivalente: sexteto em
e sexteto em .
Dica prática: para o fenantreno é fácil mostrar dois círculos (dois sextetos) nas duas formas principais e ligar por setas de ressonância — isso ilustra rapidamente que há mais sextetos disjuntos possíveis que no antraceno.
Passo 8
Comparação direta e motivo da diferença de estabilidade:
- Regra prática: mais sextetos aromáticos disjuntos nas melhores estruturas → mais energia de ressonância/aromática total → maior estabilidade.
- Antraceno: máximo de sextetos disjuntos por estrutura =
. - Fenantreno: máximo de sextetos disjuntos por estrutura =
(nas formas de Clar mais importantes). - Conclusão: fenantreno tem maior estabilização aromática por ressonância do que antraceno, logo espera-se que o fenantreno seja o isômero mais estável.
Passo 9
Exemplo rápido para fixar (analogia simples): pense em cada sexteto aromático como “um tijolo de estabilidade”. Antraceno pode ter só um tijolo por forma; fenantreno pode ter dois tijolos por forma. Assim, fenantreno “constrói” uma molécula mais estável com mais tijolos estáveis.
Passo 10
Observações finais práticas para a prova:
- Ao pedir “estruturas de ressonância”, desenhe as principais formas de Kekulé e depois destaque (com círculos) as formas de Clar que mostram os sextetos; isso demonstra compreensão e justifica por que um isômero é mais estável.
- Não esqueça de nomear os anéis
se precisar justificar qual anel contém o sexteto. - Se for pedido justificar energeticamente, mencione que a estabilização aromática extra do fenantreno se traduz em maior energia de ressonância experimentalmente observada.
Resposta
Antraceno: principais estruturas de ressonância — duas formas dominantes com um sexteto aromático em um anel terminal (
ou
) e formas menores com caráter localizado no anel central (
); em Clar, o máximo de sextetos disjuntos por forma é
.
Fenantreno: principais estruturas de ressonância — formas de Clar que exibem dois sextetos aromáticos disjuntos (um no anel central e outro em um anel extremo
ou
), com duas formas equivalentes contendo esses dois sextetos.
Mais estável: fenantreno (porque admite mais sextetos aromáticos disjuntos nas suas melhores estruturas de ressonância, dando maior estabilização aromática).
Fenantreno: principais estruturas de ressonância — formas de Clar que exibem dois sextetos aromáticos disjuntos (um no anel central
Mais estável: fenantreno (porque admite mais sextetos aromáticos disjuntos nas suas melhores estruturas de ressonância, dando maior estabilização aromática).