23.16 Descreva as ligações do benzeno do ponto de vista da:
(b) teoria MO
(b) teoria MO
Passo 1
O enunciado pede para descrever as ligações do benzeno usando a teoria de orbitais moleculares (MO). Vamos precisar antes lembrar que cada átomo de carbono no anel é
e que sobra um orbital
perpendicular ao plano do anel. A ideia é ver como esses orbitais atômicos se combinam para formar orbitais moleculares de ligação (
e
).
Passo 2
Cada carbono faz hibridação
, gerando três orbitais híbridos
contidos no plano do anel. Dois desses orbitais
formam ligações
com os carbonos vizinhos, e o terceiro se liga a um átomo de hidrogênio. Na teoria MO, esses seis orbitais
se combinam para dar seis orbitais moleculares
, mas como são bastante localizados entre pares C--C ou C--H, costuma‐se tratar o esqueleto
do benzeno como uma sequência de ligações simples bem estáveis e praticamente não delocalizadas.
Passo 3
O orbital
de cada um dos seis carbonos fica perpendicular ao plano do anel e gera seis orbitais atômicos idênticos que se combinam em seis orbitais moleculares
. A combinação gera:
– um orbital totalmente simétrico (sem nós entre os átomos, mais estável),
– dois orbitais e
degenerados, cada um com um plano nodal passando pelo centro do anel (ainda de energia abaixo da dos átomos isolados, portanto ligantes),
– dois orbitais e
degenerados com duas linhas nodais (antiligantes),
– e um orbital com três planos nodais (o de maior energia, fortemente antiligante).
– um orbital
– dois orbitais
– dois orbitais
– e um orbital
Passo 4
O benzeno tem seis elétrons
(um de cada
). Esses seis elétrons ocupam, obedecendo ao princípio de Aufbau e ao princípio de exclusão de Pauli, os três orbitais de menor energia (
,
e
), todos ligantes e delocalizados por igual sobre o anel. Isso explica a excepcional estabilidade (aromaticidade) e os seis comprimentos de ligação C–C idênticos no benzeno.
Resposta
Do ponto de vista de MO, o benzeno possui
– um sistema formado pelos orbitais
que ligam cada carbono aos seus vizinhos e aos hidrogênios, criando uma “estrutura” de ligações simples localizadas;
– um sistema formado pelos seis orbitais
, que dão origem a seis orbitais moleculares
: três de energia mais baixa (todos ligantes e delocalizados) ocupados pelos seis elétrons
, e três de energia mais alta (antiligantes não ocupados).
A ocupação desses três orbitais ligantes confere ao benzeno sua aromática estabilidade e igualização das ligações C–C.
– um sistema
– um sistema
A ocupação desses três orbitais