Identifique cada um dos seguintes compostos como aromático, não aromático ou antiaromático. Explique sua escolha em cada um.
(e)
(e)
Passo 1
O enunciado pede para identificar se o composto dado pela notação SMILES
c1cc[nH+]cc1 é aromático, não aromático ou antiaromático, e explicar a escolha. Informação relevante do enunciado: o SMILES c1cc[nH+]cc1 descreve um anel de seis átomos com um nitrogênio aromático protonado (nitrogênio ligado a um hidrogênio e apresentando carga positiva).Passo 2
Primeiro vamos traduzir o SMILES para um nome/fórmula que fica mais fácil de trabalhar. O fragmento . Aqui o nitrogênio está protonado (tem um
ligado) e carrega a carga positiva indicada por
.
c1cc[nH+]cc1 corresponde ao cátion conhecido como piridínio. Em fórmula química isso é
Passo 3
Agora vou lembrar os critérios que precisamos verificar para decidir aromatidade (explicando cada um devagar, como se estivéssemos revisando para a prova):
- O anel deve ser cíclico (fechado). Isso significa que os átomos formam um ciclo contínuo.
- Deve haver conjugação contínua ao longo do anel: cada átomo do anel precisa ter um orbital p (ou seja, ter possibilidade de sobreposição p-p) de modo que exista um sistema π contínuo.
- O anel deve ser plano ou suficientemente próximo de ser plano para que os orbitais p possam se sobrepor.
- O número de elétrons π do sistema deve obedecer à regra de Hückel: sistemas com
elétrons π são aromáticos (onde é inteiro não negativo), sistemas com elétrons π, se satisfizerem os demais critérios, são antiaromáticos. Se a conjugação ou planicidade falhar, o sistema é não aromático mesmo que o número de elétrons seja ou .
Passo 4
Verificação dos primeiros critérios para o composto:
- É cíclico? Sim: o SMILES descreve um anel de seis membros.
- É conjugado continuamente? Sim: todos os átomos do anel participam do sistema π aromático (os cinco carbonos têm ligações duplas alternadas e o nitrogênio está no sistema aromático).
- É plano? Anéis de seis membros aromáticos como esse são planarizados pelo sistema conjugado; portanto assumimos planicidade suficiente para sobreposição efetiva dos orbitais p.
Passo 5
Agora o passo mais importante: contar os elétrons
que participam do sistema conjugado, e explicar por que cada átomo contribui com aquela quantidade.
- Cada carbono sp2 em um anel aromático contribui com um elétron
(o elétron que participa da ligação dupla). Temos 5 carbonos, então contribuem com elétrons . - O nitrogênio aromático no piridínio (nitrogênio protonado) está em hibridação
e possui um orbital p perpendicular ao plano do anel que participa do sistema . Nesse caso o nitrogênio contribui com elétron . - Importante: o nitrogênio protonado não tem um par isolado que entre no sistema
— o seu par que, em caso de pirrol por exemplo, contribui com elétrons, aqui está ligado/protonado ou está em um orbital não-p útil para a conjugação. Então contamos apenas elétron vindo do nitrogênio para o sistema π. - Somando as contribuições:
elétrons . Vou escrever isso em forma matemática: .
Passo 6
Aplicando a regra de Hückel:
- A regra de Hückel diz que um sistema é aromático se o número de elétrons
for para algum inteiro . - Verificamos se
cabe nessa forma: resolvendo obtemos e portanto , que é um inteiro. - Assim
é da forma com , logo satisfaz a condição de Hückel para aromaticidade.
Passo 7
Conclusão lógica a partir dos critérios:
- O anel é cíclico, conjugado e planar o suficiente, e possui
elétrons , que obedecem a com . Portanto o sistema é aromaticamente estabilizado. - Alternativas (por que não antiaromático ou não aromático): antiaromático exigiria
elétrons (por exemplo ); não aromático exigiria falha na conjugação ou planicidade. Nenhuma dessas situações ocorre aqui.
Passo 8
Comentário final didático e dica de prova (rápido e prático):
- Sempre que vir um heteroátomo protonado numa cadeia aromática, conte com cuidado: se o heteroátomo tem um orbital p participando do sistema π e não está fornecendo um par livre para fora do sistema, ele normalmente contribui com
elétron . Exemplos para comparar: piridina ( ) e piridínio ( ) têm ambos elétrons e são aromáticos; já pirrol ( ) tem o par do nitrogênio participando com elétrons no sistema π para totalizar também e ser aromático — o que muda é onde está o par isolado do nitrogênio.
Resposta
Aromático.