Represente todas as estruturas de ressonância possíveis para as moléculas indicadas, utilizando setas curvas para mostrar a movimentação dos elétrons e atribuindo corretamente as cargas formais em cada forma.
Passo 1
O enunciado pede: representar todas as estruturas de ressonância possíveis para a molécula dada e usar setas curvas para mostrar a movimentação dos elétrons, atribuindo corretamente as cargas formais em cada forma. A molécula vem pelo SMILES
. Informações relevantes dadas:
- SMILES:
(eu usei este SMILES para inferir a conectividade). - Solicita-se: todas as estruturas de ressonância, setas curvas indicando movimento eletrônico e cargas formais em cada forma.
Passo 2
Interpretando o SMILES para visualizar a estrutura (sem ainda mexer nos elétrons): a cadeia descreve um anel de ciclohexano ligado a um carbono exocíclico que forma uma dupla ligação com um nitrogênio metilado. Em palavras: é um imina exocíclica ao anel, com nitrogênio metilado. Posso representar o fragmento essencial como
onde o carbono ligado ao nitrogênio faz parte do ciclohexano. Essa é a estrutura de partida (forma neutra, ligação dupla
).
Passo 3
Breve aula sobre ressonância e setas curvas (regras práticas e intuitivas):
- Ressonância é a descrição de uma molécula por várias estruturas contribuintes que diferem apenas na distribuição dos elétrons (não na posição dos átomos). A verdadeira estrutura é uma mistura (mescla) dessas formas.
- Setas curvas (mecanismo de empurrar elétrons) mostram movimento de pares de elétrons: a cauda da seta parte de um par eletrônico (ligação ou par isolado) e a ponta vai para onde esse par fica (outro átomo, formando um par isolado, ou formando/partilhando uma ligação).
- Regras importantes: nunca mova átomos, mova apenas elétrons; conserve o número total de elétrons; ao criar cargas formais, calcule-as com a fórmula
- Para saber se uma forma de ressonância é importante: formas sem separação de cargas e com átomos obedecendo à eletronegatividade (carga negativa em átomo mais eletronegativo) são mais importantes.
Passo 4
Identificação das possíveis movimentações eletrônicas no fragmento
:
- Há um par
(a dupla ligação) entre o carbono e o nitrogênio. Uma possibilidade padrão de ressonância para iminas é deslocar esse par para o carbono, ou seja: a seta curva sai do par da ligação e aponta para o carbono, transformando a ligação dupla em uma ligação simples e criando um par isolado (lone pair) no carbono. - Esse movimento gera uma forma onde o carbono fica com carga negativa e o nitrogênio com carga positiva — uma forma zwitteriônica. Não há outros átomos conjugados no ciclohexano saturado para delocalizar mais essa carga, então as contribuições possíveis concentram-se basicamente nessas duas formas (neutra e zwitteriônica).
Passo 5
Desenho do empuxo de elétrons (descrição da seta curva) e obtenção da segunda forma:
- Na forma neutra inicial: representa-se o fragmento como
(o nitrogênio tem um par isolado além da dupla ligação). - A seta curva que você desenharia no exame: parte do par
da ligação e vai em direção ao átomo de carbono, terminando como um par de elétrons não-ligantes no carbono. Em palavras: “seta do par C=N para o carbono”. - Resultado desse movimento: a ligação C=N vira ligação simples C–N; o carbono passa a ter um par isolado (e, portanto, carga negativa) e o nitrogênio perde a metade do par de ligação que participava da dupla, ficando com carga positiva. A nova forma é zwitteriônica:
Passo 6
Cálculo explícito das cargas formais em cada forma (mostrando como fazer na prova):
- Para a forma neutra (original): calcule para
e para o carbono ligado à N. - Nitrogênio: valência
; elétrons não-ligantes ; elétrons ligantes totais (lig. dupla para C = 4 elétrons + link simples para = 2 elétrons) total elétrons ligantes. Assim
- Carbono (exocíclico): valência
; elétrons não-ligantes ; elétrons ligantes (duas ligações simples ao anel = 4 elétrons, mais ligação dupla ao N = 4 elétrons) total . Então
Portanto, a forma inicial é neutra (sem cargas formais). - Nitrogênio: valência
- Para a forma zwitteriônica (após mover o par
): - Nitrogênio: agora tem um par isolado (2 elétrons) e duas ligações simples (uma ao carbono do anel e outra ao
), total de elétrons ligantes . Então
Ou seja, . - Carbono (aquele que recebeu o par): tem agora um par isolado (2 elétrons) e três ligações simples (duas ao anel e uma ao N), total de elétrons ligantes
. Então
Ou seja, . - Nitrogênio: agora tem um par isolado (2 elétrons) e duas ligações simples (uma ao carbono do anel e outra ao
- Conclusão: a forma zwitteriônica é
(com a carga negativa no carbono exocíclico e positiva no nitrogênio metilado).
Passo 7
Comentário sobre importância relativa das formas (o que marcar na prova):
- A forma neutra (com
e sem cargas formais) é a contribuição dominante, porque não há separação de cargas. - A forma zwitteriônica é uma contribuição menor, pois envolve separação de cargas (
e ) e a carga negativa fica em carbono (menos desejável do que em um átomo mais eletronegativo como oxigênio), portanto é menos estabilizada. - Ainda assim, a forma zwitteriônica existe e deve ser desenhada, pois explica propriedades como a polaridade parcial da ligação C–N e reatividade nucleofílica do carbono adjacente em certas condições.
Passo 8
Como desenhar no papel da prova (passo a passo prático para você replicar com setas curvas):
- Desenhe a estrutura do anel de ciclohexano e no carbono exocíclico desenhe a dupla ligação para
. - Para mostrar a ressonância, trace uma seta curva com cauda no traço da ligação dupla
e ponta no átomo de carbono (essa seta representa “o par vai para o carbono, tornando-o um par isolado”). - Ao lado, desenhe a nova estrutura resultado: a ligação
simples, marque no carbono o par isolado (ou apenas um junto ao símbolo) e coloque e indicando as cargas formais. - Calcule rápido as cargas formais (como no Passo 6) e posicione
e junto aos átomos correspondentes. - Indique com uma seta de dupla ponta (↔) entre as duas formas para mostrar que são estruturas de ressonância.
Passo 9
Exemplo adicional curto para fixar (molécula simples semelhante):
- Considere
(imino simples). As mesmas duas formas existem: - Forma neutra:
(nenhuma carga formal). - Forma zwitteriônica:
(obtida movendo o par para o carbono). Mesma lógica de cálculo de cargas formais vale aqui.
- Forma neutra: