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 pelo SMILES \mathrm{C[N+]\text{(C)}=C1[C-]CCCC1}, usando setas curvas para mostrar o movimento dos elétrons e atribuindo as cargas formais em cada forma.
Informações relevantes extraídas do SMILES (explicitadas para evitarmos confusão):
  • Há um nitrogênio carregado positivamente indicado por \mathrm{N^{+}}, ligado a dois grupos metila e fazendo uma ligação dupla ao carbono do anel (vou chamar esse carbono de \mathrm{C_1}).
  • No anel cicl6ano adjacente está um carbono com carga negativa indicado por \mathrm{[C-]}; esse será chamado de \mathrm{C_2} (é o átomo vizinho de \mathrm{C_1} no anel).
  • Em resumo: temos um fragmento \mathrm{N^{+}(CH_3)_2 = C_1 - C_2^- - (resto\\ do\\ anel)}.
    O que se pede concretamente: desenhar (descrever) as formas de ressonância, mostrar a movimentação eletrônica (setas curvas) e indicar as cargas formais em cada forma.

Passo 2

Montagem da estrutura de Lewis e cálculo das cargas formais nas posições importantes (para aprender a fazer isso na prova).
Regra rápida de carga formal que vamos usar:
\text{carga formal (FC)} = V - N_{l\acute{o}bre} - \tfrac{1}{2}N_{lig},
onde V = elétrons de valência do átomo isolado, N_{l\acute{o}b} = elétrons não-ligantes (pares isolados) no átomo na estrutura, N_{lig} = elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (todos os elétrons de ligação somados).
Identificamos os átomos-chaves e seus elétrons:
  • Nitrogênio na forma mostrada pelo SMILES (imínio/imínio): ligado a dois metilas por ligações simples e ligado por dupla a \mathrm{C_1}. Não tem pares isolados (no desenho imínio).
    Aplicando a fórmula: V(\mathrm{N})=5; N_{l\acute{o}b}=0; ligações: duas ligações simples (2×2 elétrons) + uma ligação dupla (2×2 elétrons) = total 8 elétrons de ligação, então \tfrac{1}{2}N_{lig}=4. Logo \text{FC}(\mathrm{N})=5-0-4=+1.Portanto o nitrogênio aparece como \mathrm{N^{+}} — confirma o SMILES.
  • Carbono \mathrm{C_2} indicado como \mathrm{[C-]}: é um carbanião; tem um par isolado (2 elétrons) e três ligações (três ligações simples → 6 elétrons de ligação). Assim V(\mathrm{C})=4; N_{l\acute{o}b}=2; \tfrac{1}{2}N_{lig}=3. Então: \text{FC}(\mathrm{C_2})=4-2-3=-1.Confirma a carga negativa no SMILES.
  • Os demais carbonos do anel e os metilos ligados ao N são neutros na estrutura proposta (não precisamos detalhar todos, basta saber que o centro reação é \mathrm{C_2^-} adjacente ao \mathrm{N^{+}=C_1}).
Conclusão deste passo: a forma inicial é uma forma zwitteriônica com \mathrm{N^{+}} ligado por dupla a \mathrm{C_1} e com \mathrm{C_2^-} no átomo vizinho do anel.

Passo 3

Pensamento químico: como os elétrons podem se mover (regras para setas curvas, útil na prova)
  • Setas curvas sempre mostram movimento de COUPLES de elétrons: partem de um local rico em elétrons (par isolado ou ligação) e apontam para um local pobre em elétrons (uma ligação para formar outra ligação, ou um átomo que aceita um par).
  • Nunca movemos átomos, só elétrons.
  • Objetivo aqui: o par isolado em \mathrm{C_2^-} é uma fonte de elétrons; a ligação dupla \mathrm{N^{+}=C_1} é um local onde os elétrons pi podem se deslocar para neutralizar a carga positiva no nitrogênio.
Descrevo a movimentação eletrônica em duas setas curvas (faça isso na folha usando a seta curva típica que sai do par de elétrons e da ligação dupla):
  1. Seta curva 1: partindo do par de elétrons não-ligantes (lone pair) em \mathrm{C_2^-} para formar uma ligação \pi entre \mathrm{C_2} e \mathrm{C_1}. (Ou seja, o lone pair de \mathrm{C_2^-} se transforma na ligação dupla \mathrm{C_2=C_1}.)
  2. Seta curva 2: simultaneamente, os elétrons da ligação dupla \mathrm{N^{+}=C_1} se deslocam para o nitrogênio (seta curva do centro da ligação dupla para o nitrogênio), formando um par isolado no nitrogênio e neutralizando a carga positiva.
Estas duas setas são exatamente o movimento que gera a forma ressonante alternativa: o elétron do carbaníon forma a dupla C=C e os elétrons pi N=C vão para N.
Observação importante para a prova: sempre desenhe as duas setas em sequência (ou simultâneas) para mostrar conservação dos elétrons — uma fonte (C^- ) e um sumidouro (N^+), com transferência via a ligação adjacente.

Passo 4

Construção da forma ressonante resultante depois das setas curvas (descrevo cuidadosamente a nova conectividade eletrônica e calculo as cargas formais).
Depois do movimento descrito:
  • Surge uma dupla ligação \mathrm{C_2 = C_1}.
  • A ligação dupla original \mathrm{N^{+} = C_1} perde os elétrons pi, que vão para o nitrogênio, de modo que o nitrogênio agora tem um par isolado e três ligações simples (dois metilos + ligação simples ao \mathrm{C_1}). Assim o nitrogênio fica neutro (uma amina terciária ligada a \mathrm{C_1} por ligação simples) com um par isolado.
    Façamos o cálculo das cargas formais nessa nova forma:
  • Para o nitrogênio agora: V=5, N_{l\acute{o}b}=2 (par isolado), ligações: três ligações simples → 6 elétrons; \tfrac{1}{2}N_{lig}=3. Logo \text{FC} = 5-2-3=0. Nitrogênio neutro.
  • Para \mathrm{C_2}: já usou seu par isolado para formar a dupla ligação, portanto não tem pares isolados e participa de duas ligações da dupla + uma ligação simples ao próximo carbono do anel (dependendo da hibridação). No balanço padrão esse carbono fica neutro (FC =0).
    Assim a nova forma é uma forma neutra (uma enamina-like): \mathrm{N(CH_3)_2} ligado por ligação simples a \mathrm{C_1}, e \mathrm{C_1=C_2} dupla no anel.
Resumo das duas formas (aqui escrevo-as de forma compacta para você anotar):
  • Forma A (zwitteriônica, mostrada no SMILES): \mathrm{CH_3-N^{+}(CH_3)=C_1-C_2^--(resto\\ do\\ anel)} — cargas: \mathrm{N^{+}},\\ \mathrm{C_2^-}.
  • Forma B (resonante, neutra/enamina): \mathrm{CH_3-N(CH_3)_2 - C_1 = C_2 -(resto\\ do\\ anel)} — cargas: nenhuma (N e C_2 neutros), nitrogênio com par isolado.
Vou escrever isso usando símbolos TeX e a seta de ressonância:
\mathrm{CH_3\!-\!N^{+}(CH_3)=C_1-C_2^{-}-(CH_2)_3CH_2} \\ \leftrightarrow\\ \mathrm{CH_3\!-\!N(CH_3)_2 - C_1 = C_2 -(CH_2)_3CH_2}
(na direita o nitrogênio tem agora par isolado e está neutro; na esquerda temos a forma zwitteriônica do SMILES).

Passo 5

Análise da importância relativa das formas (como justificar na prova qual contribui mais)
  • Regras úteis: contribuições mais importantes são as que minimizam separação de carga e que respeitam octeto/estabilidade.
  • Forma B (neutra, enamina) elimina a separação de cargas ( \mathrm{N^{+}} e \mathrm{C^-}) e, por isso, costuma ser um contribuinte majoritário quando possível. Além disso, coloca o nitrogênio com um par isolado (estado de amina) e cria uma ligação dupla C=C conjugada localmente.
  • Forma A (zwitteriônica) existe e é importante porque mostra o caráter iônico possível — porém é geralmente menos estável que a forma neutra devido à separação de carga. Ainda assim, se o meio for polar ou se houver estabilização do carbanion por efeitos indutivos, a forma iônica pode ter peso maior.
    Na prova, diga: “existem duas formas principais; a enamina neutra é geralmente a contribuição majoritária porque elimina separação de carga”.

Passo 6

Dicas práticas para desenhar isso rápido na prova (resumo passo a passo que você pode seguir):
  1. Identifique centros ricos e pobres em elétrons (aqui: \mathrm{C_2^-} é rico, \mathrm{N^{+}} é pobre).
  2. Faça uma seta curva do par isolado (ou da ligação) apontando para onde quer formar uma ligação (a partir de \mathrm{C_2^-} para a ligação \mathrm{C_2-C_1}).
  3. Faça a seta correspondente dos elétrons da ligação que vai perder (a ligação \mathrm{N=C_1}) ao átomo que vai receber o par (para o N).
  4. Recalcule cargas formais rapidamente para cada átomo afetado (use a fórmula do Passo 2).
  5. Escreva as duas estruturas ligadas por \leftrightarrow.

Resposta

\mathrm{CH_3\!-\!N^{+}(CH_3)=C_1-C_2^{-}-(CH_2)_3CH_2}\\ \leftrightarrow\\ \mathrm{CH_3\!-\!N(CH_3)_2 - C_1 = C_2 -(CH_2)_3CH_2}

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