Qual das moléculas abaixo pode ser um mesógeno e provavelmente compor um cristal líquido? Explique.
(i)
(ii)
(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):
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:
- Núcleo aromático/conjugado rígido (ex.: anéis benzênicos, ligações duplas conjugadas, azo
, esteres conjugados) que dão rigidez e planaridade. - Forma alongada (razão comprimento/diâmetro maior que 2–3), para permitir alinhamento direcional.
- Cadeias flexíveis terminais (alquil, alkoxi) que aumentam o intervalo térmico e a fluidez das camadas, sem quebrar a anisotropia.
- 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).
- Núcleo aromático/conjugado rígido (ex.: anéis benzênicos, ligações duplas conjugadas, azo
- 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
. Num dos anéis há um substituinte etílico ( CC), no outro anel há um grupo ésterC(=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:
- Núcleo rígido e planar: presente (dois anéis + azo conjugados), favorecendo anisotropia e empacotamento direcional.
- Forma alongada: sim — dois anéis em série com a ligação azo formam uma barra molecular relativamente alongada.
- Terminais: há grupos que podem atuar como terminais (cadeia etílica, éster) conferindo alguma flexibilidade e afinidade intermolecular adequada.
- Grupo azo
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
15Nmarcado e um grupamento carregadoNH3+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:
- Não há um núcleo longo e rígido (apenas um anel).
- 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. - 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+aO— 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)