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.
N

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 \texttt{CN=C1CCCCC1}. Informações relevantes dadas:
  • SMILES: \texttt{CN=C1CCCCC1} (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
\text{(anel-ciclohexil)}\!-\!\mathrm{C}=\mathrm{N}\mathrm{CH_3}
onde o carbono ligado ao nitrogênio faz parte do ciclohexano. Essa é a estrutura de partida (forma neutra, ligação dupla \mathrm{C}=\mathrm{N}).

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
\text{carga formal} = \text{valência do átomo} - \text{nêutrons não-ligantes} - \tfrac{1}{2}\text{(elétrons ligantes)}.êáêãé
  • 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 \mathrm{C}=\mathrm{N}:
  • Há um par \pi (a dupla ligação) entre o carbono e o nitrogênio. Uma possibilidade padrão de ressonância para iminas é deslocar esse par \pi para o carbono, ou seja: a seta curva sai do par \pi da ligação \mathrm{C}=\mathrm{N} 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 \mathrm{C}=\mathrm{N}\mathrm{CH_3} (o nitrogênio tem um par isolado além da dupla ligação).
  • A seta curva que você desenharia no exame: parte do par \pi da ligação \mathrm{C}=\mathrm{N} e vai em direção ao átomo de carbono, terminando como um par de elétrons não-ligantes no carbono. Em palavras: “seta do par \pi 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:
\text{(anel)}\!-\!\mathrm{C}^{-}\!-\!\mathrm{N}^{+}\mathrm{CH_3}

Passo 6

Cálculo explícito das cargas formais em cada forma (mostrando como fazer na prova):
  • Para a forma neutra (original): calcule para \mathrm{N} e para o carbono ligado à N.
    • Nitrogênio: valência =5; elétrons não-ligantes =2; elétrons ligantes totais (lig. dupla para C = 4 elétrons + link simples para \mathrm{CH_3} = 2 elétrons) total =6 elétrons ligantes. Assim
    \text{FC}(\mathrm{N}) = 5 - 2 - \tfrac{1}{2}\cdot 6 = 5 - 2 - 3 = 0.
    • Carbono (exocíclico): valência =4; elétrons não-ligantes =0; elétrons ligantes (duas ligações simples ao anel = 4 elétrons, mais ligação dupla ao N = 4 elétrons) total =8. Então
    \text{FC}(\mathrm{C}) = 4 - 0 - \tfrac{1}{2}\cdot 8 = 4 - 4 = 0.Portanto, a forma inicial é neutra (sem cargas formais).
  • Para a forma zwitteriônica (após mover o par \pi):
    • Nitrogênio: agora tem um par isolado (2 elétrons) e duas ligações simples (uma ao carbono do anel e outra ao \mathrm{CH_3}), total de elétrons ligantes =4. Então
    \text{FC}(\mathrm{N}) = 5 - 2 - \tfrac{1}{2}\cdot 4 = 5 - 2 - 2 = +1.Ou seja, \mathrm{N}^{+}.
    • 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 =6. Então
    \text{FC}(\mathrm{C}) = 4 - 2 - \tfrac{1}{2}\cdot 6 = 4 - 2 - 3 = -1.Ou seja, \mathrm{C}^{-}.
  • Conclusão: a forma zwitteriônica é \mathrm{C}^{-}\!-\!\mathrm{N}^{+} (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 \mathrm{C}=\mathrm{N} 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 ( \mathrm{C}^{-} e \mathrm{N}^{+}) 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):
  1. Desenhe a estrutura do anel de ciclohexano e no carbono exocíclico desenhe a dupla ligação para \mathrm{N}\mathrm{CH_3}.
  2. Para mostrar a ressonância, trace uma seta curva com cauda no traço da ligação dupla \mathrm{C}=\mathrm{N} e ponta no átomo de carbono (essa seta representa “o par \pi vai para o carbono, tornando-o um par isolado”).
  3. Ao lado, desenhe a nova estrutura resultado: a ligação \mathrm{C}-\mathrm{N} simples, marque no carbono o par isolado (ou apenas um - junto ao símbolo) e coloque \mathrm{C}^{-} e \mathrm{N}^{+} indicando as cargas formais.
  4. Calcule rápido as cargas formais (como no Passo 6) e posicione + e - junto aos átomos correspondentes.
  5. 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 \mathrm{H_2C=NH} (imino simples). As mesmas duas formas existem:
    • Forma neutra: \mathrm{H_2C=NH} (nenhuma carga formal).
    • Forma zwitteriônica: \mathrm{H_2C^{-}-N^{+}H} (obtida movendo o par \pi para o carbono). Mesma lógica de cálculo de cargas formais vale aqui.

Resposta

\text{Forma 1 (principal): (anel-ciclohexil)-}\mathrm{C}=\mathrm{N}\mathrm{CH_3} (sem cargas formais)\n \text{Forma 2 (contribuinte menor): (anel-ciclohexil)-}\mathrm{C}^{-}\!-\!\mathrm{N}^{+}\mathrm{CH_3}

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