Proponha pelo menos duas estruturas diferentes para um composto com seis átomos de carbono que apresenta as seguintes características (cada item abaixo é uma questão diferente):
Todos os seis carbonos são sp e não há átomos de hidrogênio (lembre que como uma ligação tripla é linear não há como fazer um anel de seis membros com átomos com essas características.
Todos os seis carbonos são sp e não há átomos de hidrogênio (lembre que como uma ligação tripla é linear não há como fazer um anel de seis membros com átomos com essas características.
Passo 1
O que o enunciado pede e os dados que temos:
- Pedem pelo menos duas estruturas diferentes para um composto com seis átomos de carbono.
- Condições obrigatórias: todos os seis carbonos são hibridizados
e não há átomos de hidrogênio no composto. - Observação do enunciado: uma ligação tripla é linear, por isso não é possível fechar um anel de seis membros com átomos todos
. Logo, devemos pensar em estruturas não aneladas (ou em espécies onde terminais sejam carbanions/lone pairs, etc.), não em um anel regular de 6 carbonos todos .
Passo 2
Conceitos úteis (aula rápida e prática sobre hibridação
e implicações)
- Hibridação
: um átomo de carbono tem dois orbitais híbridos (colineares, formando aproximadamente ) e dois orbitais não hibridados, que formam ligações . - O que um carbono
pode ter nesses dois orbitais : - dois orbitais
ocupados por ligações (por ex. em uma ligação tripla C C cada carbono faz uma com o outro e conserva um segundo orbital que pode formar outra com outro átomo); ou - um orbital
ocupando uma dupla ligação ( ) com um vizinho e o outro orbital contendo um par eletrônico não ligante (lone pair) — exemplo real: o ânion acetilida tem o carbono terminal com um lone pair ocupando um orbital .
- dois orbitais
- Importante para o problema: não é necessário que ambos os orbitais
sejam usados em ligações ; um pode abrigar um par eletrônico (carbanion). Assim é possível ter cadeias lineares de carbonos sem hidrogênios, desde que os terminais sejam carbanions (ou radicais/ligados a outros átomos que não sejam H). Essa é a chave para fugir da obrigatoriedade do anel de 6 membros. - Em resumo prático: para ter todos os carbonos
e nenhum H num composto de só carbonos, as soluções viáveis incluem cadeias poliinicas (polyyne) ou cumulênicas (cumulene) cujos terminais sejam carbanions (pares isolados) — ou outras formas isoelectrônicas — porque cada átomo precisa de duas ocupações em orbitais (duas “coisas”: ligações ou par não ligante).
Passo 3
Implicações estruturais e estratégia para propor estruturas
- Cada carbono
precisa de duas ocupações nos orbitais . Em uma cadeia linear sem hidrogênio, os carbonos internos podem fazer duas ligações a outros carbonos (por exemplo de uma ligação tripla e de uma ligação simples) e os carbonos terminais precisam de algo que preencha o segundo orbital : isso pode ser um par não ligante (carbanion) ou uma ligação a outro átomo que não seja H (não pedido aqui). - Assim duas classes óbvias de conectividade que mantêm todos os carbonos
são: - estrutura do tipo “polyyne” (ligações alternadas
e ), com os terminais na forma de carbanions (análogos de acetilidas), e - estrutura do tipo “cumuleno” (cadeia de duplas consecutivas
), também com terminais na forma de carbanions.
- estrutura do tipo “polyyne” (ligações alternadas
- Essas duas são conectividades diferentes (isômeros de ligação): no polyyne as múltiplas são triples intercaladas por singles; no cumulene todas as ligações centrais são duplas cumulares. Ambas podem acomodar hibridação
em todos os carbonos se os terminais tiverem pares solitários (ânions) em orbitais .
Passo 4
Primeira proposta — isômero polyyne (forma “di-acetilida” de C6, dianião)
- Fórmula estrutural proposta (mostrando cargas nos terminais):
. - Explicação passo a passo do porquê todos os C são
: - Considere a sequência em carbono:
, com carga negativa formal em e (representado acima como nas extremidades). - Cada ligação tripla
envolve uma (formada por orbitais nos dois carbonos) e duas (orbitais ). Assim ambos os carbonos envolvidos numa triple são naturalmente . - Os carbonos que participam da ligação simples entre tríplices (ex.:
– ) também são se ligados por feitas por orbitais (é uma ligação - simples, possível e comum em diacetileno, por exemplo). - Nas extremidades
e temos apenas uma ligação covalente para o resto da cadeia (a da triple), mas o segundo orbital está ocupado por um par eletrônico (carbanion), como no ânion acetilida . Esse par preenchendo o orbital garante hibridação nessas extremidades.
- Considere a sequência em carbono:
- Assim, contabilizando
-bonds e pares isolados, cada carbono tem dois ocupantes nos orbitais → todos . Não há átomos de H (aparecem somente carbons e cargas negativas nos terminais).
Passo 5
Segunda proposta — isômero cumuleno (cadeia de duplas cumulares, dianião)
- Fórmula estrutural proposta (dianião com pares terminais):
. - Explicação passo a passo do porquê todos os C são
: - Cumuleno linear: uma sequência de duplas conjugadas do tipo
(cada carbono interno participa de duas duplas) faz com que esses carbonos tenham geometria linear e sejam — o exemplo mais simples é o alleno , cujo carbono central é . - Na cadeia de seis carbonos aqui, cada carbono interno (por exemplo
a ) tem duas ligações duplas: cada uma fornece uma (cada usando um orbital ), então esse carbono tem dois orbitais empregados em — fica . - As extremidades
e têm apenas uma dupla com o vizinho (uma em orbital ) e o outro orbital está ocupado por um par eletrônico (ânion), exatamente como no caso anterior. Esse lone pair no orbital mantém a hibridação nas extremidades.
- Cumuleno linear: uma sequência de duplas conjugadas do tipo
- Resultado: todos os seis carbonos são
, não há hidrogênios, e a conectividade é distinta da do polyyne — portanto são duas estruturas diferentes (isômeros de conectividade).
Passo 6
Comentários finais, realismo e dicas para a prova
- Química prática: as formas acima são fórmulas de conectividade plausíveis do ponto de vista eletrónico (cada carbono tem ocupação apropriada:
s e pares) — na prática a estabilidade e existência isolada dependem de ambiente (contra-íons, solvente, complexação) e de deslocalização eletrônica; mas para um exercício teórico estrutural estas duas propostas são aceitas como soluções que obedecem às restrições dadas. - Como identificar no tempo de prova: pense “cada C
precisa de duas ocupações sp” → isso ajuda a decidir se a extremidade precisa de um H, uma ligação a outro C ou um lone pair (ânion). Se H é proibido, a alternativa natural para os terminais é o par isolado (ânion) ou outra ligação a carbono; com isso surgem polyyne vs cumulene como candidatos óbvios. - Motivação: se ficar angustiado, lembre-se: decupar o problema em “o que exige a hibridação” e “onde posso pôr os elétrons restantes (H, par isolado, ligação)” resolve quase todo problema de desenho estrutural rápido.