Qual das moléculas abaixo pode ser um mesógeno e provavelmente compor um cristal líquido? Explique.
(i)
NNOO
(ii)
N+15H3OO
(iii)

Passo 1

O enunciado pergunta: “Qual das moléculas abaixo pode ser um mesógeno e provavelmente compor um cristal líquido? Explique.”
As informações fornecidas são as três estruturas em formato SMILES (peguei os SMILES do enunciado):
  • (i) SMILES: CCC\text{(C)}\text{(C)}CC
  • (ii) SMILES: CCc1ccc(N=Nc2ccc(C(=O)OC)cc2)cc1
  • (iii) SMILES: [15NH3+]OC(=O)Cc1ccccc1
O que preciso decidir: entre (i), (ii) e (iii), qual tem maior probabilidade de ser um mesógeno (ou seja, formar fases de cristal líquido) e justificar por que.

Passo 2

O que é um mesógeno e quais características procurar (aula rápida):
  • Mesógeno é a unidade molecular típica que forma cristal líquido; para uma molécula ser mesógena ela normalmente precisa de anisotropia de forma (ser alongada ou discoidal) e de um “núcleo rígido” que favoreça empacotamento ordenado numa direção.
  • Características comuns de mesógenos em cristais líquidos nemáticos/columnar/ smectic:
    1. Núcleo aromático/conjugado rígido (ex.: anéis benzênicos, ligações duplas conjugadas, azo -\mathrm{N}=\mathrm{N}-, esteres conjugados) que dão rigidez e planaridade.
    2. Forma alongada (razão comprimento/diâmetro maior que 2–3), para permitir alinhamento direcional.
    3. Cadeias flexíveis terminais (alquil, alkoxi) que aumentam o intervalo térmico e a fluidez das camadas, sem quebrar a anisotropia.
    4. Grupos polares de ligação (ésteres, nitrilos, azo) muitas vezes usados como ligações entre anéis — ajudam a modular temperatura de transição e orientação, mas excesso de grupos polares ou cargas iônicas pode impedir mesofases por forte associação (salificação, cristalização).
  • Em linguagem de prova: olhar rapidamente se a molécula tem “núcleo aromático longo + caudas flexíveis”. Se for só um alcano branqueado e pequeno, não será mesógeno. Se for curta e iônica, provavelmente também não. O caso clássico que dá mesógeno é um par de anéis aromáticos ligados por um grupo rígido (ex.: azo, etileno, éster) e com cadeias alquila nas pontas.

Passo 3

Análise da molécula (i): CCC\text{(C)}\text{(C)}CC
  • Interpretação: este SMILES representa uma hidrocarboneto alifático ramificado (um alcano) totalmente saturado, sem anéis aromáticos, sem grupos conjugados, sem porção rígida planar. É uma molécula curta e flexível (cadeias C–C com ramificação).
  • Aplicando os critérios: falta totalmente o núcleo rígido aromático/conjugado; a forma não é anisotrópica ao ponto de manter ordenamento direcional; é pequena e muito móvel.
  • Conclusão para (i): improvável ser mesógeno. Explicação curta de prova: moléculas totalmente alifáticas e ramificadas não formam as interações direcionais e empacotamento necessário para fases líquidas cristalinas.

Passo 4

Análise da molécula (ii): CCc1ccc(N=Nc2ccc(C(=O)OC)cc2)cc1
  • Interpretação: aqui temos duas anéis aromáticos (dois anéis fenólicos) ligados por uma ligação azo -\mathrm{N}=\mathrm{N}-. Num dos anéis há um substituinte etílico (CC), no outro anel há um grupo éster C(=O)OC (parece um éster metílico ou similar). Portanto a molécula possui: núcleo rígido bimérico aromático + ligação azo (rígida e linearizante) + cadeias/terminações relativamente pequenas (etila e éster).
  • Aplicando os critérios:
    1. Núcleo rígido e planar: presente (dois anéis + azo conjugados), favorecendo anisotropia e empacotamento direcional.
    2. Forma alongada: sim — dois anéis em série com a ligação azo formam uma barra molecular relativamente alongada.
    3. Terminais: há grupos que podem atuar como terminais (cadeia etílica, éster) conferindo alguma flexibilidade e afinidade intermolecular adequada.
    4. Grupo azo -\mathrm{N}=\mathrm{N}- é um conector clássico em mesógenos (muitos cristal líquido comerciais e de laboratório usam azo ou etileno, ou ésteres entre anéis).
  • Observação prática: idealmente para um bom intervalo mesomórfico costuma-se ter cadeias alquila mais longas (C6–C12) para estabilizar certas fases, mas mesmo com cadeias curtas uma molécula aromática-azo-éster pode exibir mesofase, especialmente se a forma e polaridade favorecem empacotamento. Portanto moléculas como (ii) têm alta probabilidade de serem mesógenas.
  • Conclusão para (ii): é a candidata óbvia a mesógeno. Em prova: identifiquei núcleo aromático + azo + éster — combinação típica.

Passo 5

Análise da molécula (iii): [15NH3+]OC(=O)Cc1ccccc1
  • Interpretação: esse SMILES é mais estranha por conter 15N marcado e um grupamento carregado NH3+ ligado a um oxigênio; parece indicar uma espécie iônica/protona do tipo hidroxilamônio ligado a um grupo acilo (ou um sal/amônio ligado a uma carboxila). Em termos práticos, vejo que há apenas um anel aromático (c1ccccc1) e um fragmento carboxílico/amônia carregada. É, portanto, uma molécula pequena, polar/iónica e sem um núcleo longo conjugado composto por vários anéis.
  • Aplicando os critérios:
    1. Não há um núcleo longo e rígido (apenas um anel).
    2. A presença de carga formal (NH3+) e grupos muito polares favorece forte interação iônica/hidrogênio → tende a formar sólidos iônicos ou líquidos iônicos desordenados, não as fases mesomórficas clássicas. Existem cristais líquidos iônicos (ionotropic mesophases), mas geralmente exigem estruturas anfifílicas com cadeias longas e um centro aromático que permita empacotamento; este exemplo é curto e muito polar.
    3. Portanto é improvável que (iii) seja um mesógeno na forma clássica. Pode formar outros tipos de agregados, mas não a típica fase de cristal líquido macroscópica esperada em provas básicas.
  • Observação de incerteza: o SMILES é um pouco ambíguo quanto à conectividade exata do grupo NH3+ a O — se eu tivesse a figura poderia afirmar com 100% de certeza, mas a descrição textual já indica que a molécula é curta e iônica, suficiente para concluir ser improvável mesógeno.

Passo 6

Comparação final e dica prática para prova (como decidir rápido):
  • Método rápido em prova: olhar se a molécula tem “vários anéis em linha” ou um grande sistema conjugado + uma ligação rígida entre eles (azo, etileno, éster) → candidato forte. Se for só alcano ramificado → não é. Se for iônico e curto → geralmente não é (a menos que mostre nitidamente longa cadeia alquila + núcleo aromático).
  • Aplicando isso: (ii) tem dois anéis + ligação azo + éster → típico mesógeno. (i) é só alcano ramificado → não. (iii) é pequeno e iônico → não (com ressalva sobre ambiguidade do SMILES, mas suficiente para descartar).

Passo 7

Motivação e recado final (curto e amigo): você já pode responder isso numa prova em 1–2 minutos: procure “núcleo aromático longo + conector rígido (azo/ester) + caudas”. Se alguém tentar te confundir com um alcano ou uma pequena molécula iônica, descarte. Vai dar certo — foco nos critérios e treine com 5 exemplos rápidos antes da prova para fixar o olhar.

Resposta

(ii)

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