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 \mathrm{C_{14}H_{10}}; um é linear (antraceno) e o outro é angular (fenantreno). Nada mais foi fornecido no enunciado.

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 A (esquerdo), B (central) e C (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 \mathrm{C_{14}H_{10}} e três anéis benzênicos fundidos em linha: A\!-\!B\!-\!C.
  • Pelas formas de Kekulé, existem várias distribuições possíveis de ligações duplas. As formas mais importantes, do ponto de vista de Clar, são:
    1. Forma com um sexteto aromático no anel A (anel terminal esquerdo). Nesse caso, o anel A é benzênico (círculo de seis elétrons), e os anéis B e C têm ligações duplas localizadas que conectam com A e entre si.
    2. Forma equivalente com o sexteto no anel C (anel terminal direito) — é a imagem espelhada da anterior.
    3. Há também formas com distribuição de duplas onde o anel B (central) parece ganhar mais caráter de dupla, mas essas contribuem menos para a ressonância total que as duas primeiras.
  • 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 A ou dentro do anel C 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 A): anel A desenhado como um anel benzênico (círculo). Entre A e B há ligações simples/duplas concordantes de modo que o anel B apresenta duas duplas localizadas; o anel C tem uma sequência de duplas complementares.
  • Forma II (sexteto em C): análoga, com o sexteto no anel C.
  • Forma III: uma forma onde o caráter π está mais concentrado no anel central B; 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 \mathrm{C_{14}H_{10}}, mas os três anéis são fundidos em ângulo (forma em “L” ou em “ang”. rotulada A e C como anéis extremos e B 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 B (o anel central angular) e outro sexteto em um dos anéis extremos (digamos A). Há outra forma equivalente em que o sexteto extremo aparece no anel C em vez de A. 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 B e outro círculo em um anel extremo (por exemplo A); o outro anel extremo C terá ligações duplas localizadas.
  • Forma equivalente: sexteto em B e sexteto em C.
    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 = 1.
  • Fenantreno: máximo de sextetos disjuntos por estrutura = 2 (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 A,B,C 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 ( A ou C) e formas menores com caráter localizado no anel central ( B); em Clar, o máximo de sextetos disjuntos por forma é 1.
Fenantreno: principais estruturas de ressonância — formas de Clar que exibem dois sextetos aromáticos disjuntos (um no anel central B e outro em um anel extremo A ou C), 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).

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