(2,0) Qual das moléculas abaixo pode ser um mesógeno e provavelmente compor um cristal líquido? Explique detalhadamente.
(i)
NNOO
(ii)
N+H3OO
(iii)

Passo 1

O enunciado me deu três itens (mas atenção: o terceiro não fornecido). Listei tudo que foi dado sem resolver ainda:
  • Um fragmento SMILES:
    . Vou tratar isto como um fragmento de cadeia alquila (uma cadeia flexível/ apolar) — informação retirada do próprio texto (SMILES).
  • Molécula (i) com SMILES:
    NNOO
    . Ou seja: um sistema com dois anéis aromáticos conectados por uma ligação azo -\mathrm{N}=\mathrm{N}-, com um grupo éster \mathrm{C(=O)OCH_3} em um anel e um grupo alquila curto \mathrm{CH_2CH_3} no outro (tomo essas informações diretamente do SMILES).
  • Molécula (ii) com SMILES:
    N+H3OO
    . Ou seja: um grupo [\mathrm{NH_3}^+] ligado a um oxigénio (parece um grupo amino-óxido/protonado), um grupo carbonila/éster/ácido \mathrm{C(=O)CH_2-Ph} — extraído do SMILES.
  • Molécula (iii): não foi fornecido nenhum SMILES nem estrutura. Logo não há como avaliar (iii) a partir do enunciado.
O que o problema pede (resumido): escolher qual (ou quais) das moléculas dadas pode ser um mesógeno e, portanto, provavelmente compor um cristal líquido, e explicar detalhadamente por quê. Vou usar as informações dos SMILES para julgar cada caso.

Passo 2

Conceito e critérios práticos: o que é um mesógeno (a “aula rápida e prática”).
  • Mesógeno = molécula que, por sua forma e interações, pode formar fases ordenadas de líquido (cristais líquidos). Em provas, a regra prática é checar três características principais:
    1. Núcleo rígido anisotrópico: uma parte central rígida e alongada (por exemplo, anéis aromáticos conjugados) que dá forma “bastonete” ou “disco”. Sem isso, a molécula tende a ser isotrópica e não formar mesofases.
    2. Cadeias flexíveis (tails): uma ou duas cadeias alquila suficientemente longas (normalmente \sim \,C_4 a \,C_{12}) em uma ou ambas as extremidades que aumentam a fluidez e permitem empacotamento em camadas, reduzindo o ponto de fusão cristalino.
    3. Interações intermoleculares moderadas: grupos polares ou dipolos (por ex. -\mathrm{CN}, ésteres, azo) ajudam a orientar as moléculas, mas grupos muito fortes (íons) tendem a formar sais cristalinos muito estáveis ou água-coordenados, prejudicando a fase líquida mesomórfica termotrópica.
  • Exemplos clássicos: azobenzeno, bifenilos cianados (ex.: 4-cyano-4’pentylbiphenyl, “5CB”), cuja estrutura tem um núcleo aromático alongado e uma cadeia alquila de comprimento moderado. Anotar isso ajuda na prova: procure um núcleo rígido + cauda longa + não-ionicidade.

Passo 3

Interpretação do primeiro fragmento SMILES dado "<smiles>CCC(C)(C)CC</smiles>": este é um hidrocarboneto ramificado (cadeia alquila). Em termos práticos para mesógenos: cadeias como essa (se forem suficientemente longas e não muito volumosas lateralmente) costumam ser usadas como “cauda” para mesógenos. Então esse fragmento representa um tipo de cauda flexível/apolar que favorece mesofase quando ligado a um núcleo rígido.

Passo 4

Análise detalhada da molécula (i) — vamos “ler” o SMILES e identificar grupos (tudo dito com base no SMILES dado).
  • Do SMILES
    NNOO
    vemos:
    • Dois anéis benzênicos ligados entre si por uma ligação azo -\mathrm{N}=\mathrm{N}-. Ou seja, é um derivado de azobenzeno (núcleo rígido e conjugado).
    • Um anel tem um substituinte etil \mathrm{CH_2CH_3} (grupo apolar curto).
    • O outro anel tem um grupo \mathrm{C(=O)OCH_3} (éster metílico).
  • Comparando com os critérios do Passo 3:
    • Núcleo rígido e anisotrópico: sim — dois anéis aromáticos conjugados com ligação azo formam um núcleo muito rígido e linear (bom para orientação e anisotropia).
    • Cadeias flexíveis/caudas: aqui a cauda mostrada é curta ( \mathrm{CH_2CH_3} e um \mathrm{OCH_3} do éster). Na forma dada, as cadeias são curtas — ainda assim muitos azobenzenos com caudas curtas podem exibir mesofases, mas caudas mais longas tendem a favorecer e estabilizar o cristal líquido. Então (i) tem o núcleo ideal; falta um pouco de comprimento de cauda para garantir mesofase ampla, mas estruturalmente é o candidato clássico de mesógeno.
    • Força de interação: grupos azo e éster fornecem dipolos moderados, que ajudam na ordenação sem cristalizar demais.
  • Conclusão sobre (i): é uma molécula tipicamente capaz de ser mesógeno (azobenzenos são mesógenos clássicos). Na forma mostrada ela já tem boa chance de exibir mesofase, e se substituirmos o \mathrm{OCH_3} por uma cadeia alquila longa (por exemplo o fragmento do início \,<smiles >CCC(C)(C)CC </smiles >), a probabilidade aumenta muito. Em provas, reconhecer “anéis + -\mathrm{N}=\mathrm{N}-" é um sinal forte de mesógeno.”,

Passo 5

Análise detalhada da molécula (ii) — leitura do SMILES e implicações (tudo com base no SMILES).
  • SMILES:
    N+H3OO
    .
  • Interpretação:
    • Há um centro protonado [\mathrm{NH_3}^+] ligado a um oxigénio: isto indica uma espécie altamente polar/ione (um sal ou grupo protonado).
    • Existe um grupo \mathrm{C(=O)CH_2-Ph} ligado (parte aromática pequena), mas a molécula como um todo é curta e iônica/polar.
  • Comparando com os critérios:
    • Núcleo rígido e anisotrópico: ausente — há apenas um anel aromático isolado (no máximo \,1 anel), sem uma cadeia conjugada longa; a forma tende não ser um bastonete longo.
    • Caudas flexíveis: não há caudas longas, apenas fragmentos curtos.
    • Interações: forte caráter iônico/polar [\mathrm{NH_3}^+] — moléculas iônicas formam redes cristalinas estáveis ou se comportam como líquidos iônicos/solvatos; raramente um composto simples e iônico neutro forma uma fase mesomórfica termotrópica unicamente por si (existem exceções em líquidos iônicos organizados, mas são casos especiais e não o típico cristal líquido orgânico).
  • Conclusão sobre (ii): improvável que seja um mesógeno termotrópico típico. É mais provável formar sólidos iônicos ou dissolver/associar em fases aquosas; não tem o núcleo alongado necessário nem caudas alquila. Portanto (ii) não é um bom candidato.

Passo 6

Dicas de prova (como reconhecer rápido na hora):
  • Procure imediatamente por: “dois ou mais anéis aromáticos conjugados em linha” e por “ligação rígida (C=C conjugado, N=N, éster-conjugado, etc.)” — isso é um grande sinal positivo.
  • Procure por caudas alquilas: se houver caudas com comprimento \geq \,C_4 a \,C_8 está ótimo; caudas muito curtas reduzem a janela de mesofase.
  • Evite compostos iônicos ou muito polares para mesógenos termotrópicos simples.
  • Exemplos que memorizo: azobenzeno (mesogênico), 4-cyano-4’-pentylbiphenyl ( 5\mathrm{CB}) — dois anéis + uma cauda pentil \mathrm{C_5H_{11}} + grupo -\mathrm{CN}.

Passo 7

Resumo final das avaliações (antes da resposta final): (i) molécula com núcleo azo-bifenílico — candidato clássico a mesógeno; (ii) espécie iônica curta — não adequado; (iii) não foi fornecido, impossível avaliar a partir do enunciado.

Resposta

(i) Sim (é o candidato provável — núcleo azobenzeno/bifenílico, típico mesógeno; cauda curta pode reduzir a janela de mesofase, mas estruturalmente é mesogênico).
(ii) Não (espécie iônica, pequena e não alongada — não forma mesógeno termotrópico típico).
(iii) Impossível avaliar — estrutura não fornecida.

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