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 que eu represente todas as estruturas de ressonância possíveis para a molécula dada pelo SMILES
. Lista do que foi dado e do que é pedido:
- Dado: a molécula é
(acetofenona: um grupo carbonila ligado a um anel fenil e a um grupo metila). - Pedido: desenhar/registar todas as formas de ressonância relevantes, usar setas curvas (explicar o movimento de elétrons) e atribuir corretamente as cargas formais em cada forma.
Passo 2
Identificação da estrutura de referência (forma canônica principal) e lembrando o que é ressonância:
- A forma canônica principal é a estrutura com a carbonila intacta e o anel aromático intacto:
(onde = anel fenil). - Ressonância é a representação alternativa onde pares de elétrons π ou pares solitários são deslocados para dar estruturas alternativas (contribuintes). As setas curvas indicam o deslocamento de pares de elétrons (não movimentos de átomos).
- Fórmula prática para carga formal (útil para checar cada forma):
onde
= carga formal,
= elétrons de valência do átomo neutro,
= elétrons não-ligantes (pares isolados) no átomo na forma considerada,
= elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo.
Passo 3
Primeira transformação eletrônica (seta curva 1): gerar a forma iônica localizada da carbonila.
- Movimento de elétrons: a dupla ligação
da carbonila (entre e ) é deslocada para o oxigênio. Representação da seta curva (deslocamento do par π):
(ou seja, seta curva saindo da ligação
apontando para o oxigênio).
- Resultado desse movimento: a carbonila passa de
para uma ligação simples com oxigênio carregado negativamente e o carbono carbonílico fica com carga positiva:
- Cálculo das cargas formais nessa forma localizada:
- Oxigênio:
, (três pares solitários), (uma ligação simples). Logo - Carbono carbonílico:
, , tem três ligações simples (ao , ao e ao ) totalizando . Logo
- Oxigênio:
- Observação didática: essa forma tem separação de carga (Oxigênio
, Carbono ), conserva o octeto do oxigênio (tem 8 e^-), mas deixa o carbono com carga positiva. Essa é uma forma importante porém menor que a canônica neutra porque apresenta separação de carga.
Passo 4
Delocalização da carga positiva para o anel aromático (setas curvas 2 e seguintes): formar os contribuintes com carga positiva em posições orto e para.
- Situação: na forma iônica localizada o carbono carbonílico
é adjacente ao anel fenil (é o carbono ipso ligado ao anel). O anel pode doar densidade π para estabilizar essa carga positiva: um par π do anel (uma das ligações C=C adjacentes ao carbono ipso) desloca-se para formar uma nova ligação com o carbono carbonílico. Ao mesmo tempo outra ligação π do anel se desloca ao longo do anel, deslocando a carga positiva para uma posição orto ou para para. - Mecanismo passo a passo (setas curvas textuais):
- Da forma localizada
, uma seta curva sai de um dos π-bonds do anel entre o carbono orto e o carbono adjacente, apontando para a ligação entre o anel e o carbono carbonílico — isto cria uma ligação de caráter mais dúplice e desloca a carga positiva para a posição orto/para do anel. - Em termos compactos:
e consequentemente
- Da forma localizada
- Consequência: obtemos formas de ressonância onde o oxigênio continua com carga
(pois a origem do par eletrónico foi o da C=O) e o sinal aparece agora em um carbono do anel (ortho ou para). Essas são três contribuintes distintos (dois orto equivalentes + um para).
Passo 5
Escrevendo explicitamente os contribuintes com carga no anel e calculando cargas formais:
- Forma com carga no carbono orto esquerdo (um ortho):
- Estrutura: oxigênio carregado negativamente
; o anel tem uma dupla sequência deslocada de modo que um carbono orto do anel é . Representação compacta: - Cálculo (exemplo para o
carregado): átomo de carbono no anel com carga formal normalmente tem , , e aqui participa de três ligações (B = 6 elétrons), logo . - O oxigênio continua com
como antes.
- Estrutura: oxigênio carregado negativamente
- Forma com carga no carbono para (parassimétrica):
- Mesma ideia:
e . A carga formal no carbono para é ; oxigênio .
- Mesma ideia:
- Forma com carga no outro carbono orto (o segundo orto) — é equivalente à primeira por simetria do anel.
- Observações:
- Em todas essas formas do tipo “
/ ”, o oxigênio tem carga e o sítio positivo é estabilizado por ressonância no anel. - Essas formas quebram parcialmente a aromaticidade local do anel (há um local onde a contagem/arranjo π não é a do benzeno ideal), por isso são contribuintes menores que a forma neutra, mas ainda importantes para explicar reatividade (por exemplo, ativação/desativação do anel em reações eletrofílicas).
- Em todas essas formas do tipo “
Passo 6
Resumo qualitativo da importância relativa dos contribuintes e conclusão didática
- Contribuidores:
- Forma canônica neutra (maior contribuição):
— sem separação de cargas e com aromaticidade do anel preservada. - Forma iônica localizada:
— oxigênio , carbono carbonílico . - Formas com carga delocalizada no anel: três contribuintes onde
é compensado por no anel (dois orto equivalentes e um para). Cada uma tem oxigênio com e o carbono do anel com .
- Forma canônica neutra (maior contribuição):
- Estabilidade: a contribuição relativa decresce na ordem: canônica neutra > formas onde a carga positiva está parcialmente delocalizada no anel (pois distribuição de carga estabiliza) > forma única onde a carga está localizada estritamente no carbono carbonílico. Além disso, qualquer forma que perturbe muito a aromaticidade do anel é energeticamente desvantajosa, por isso contribui pouco.
- Motivação prática: essas ressonâncias explicam porque o oxigênio carbonílico é nucleofílico/forte aceptor de carga e por que o anel fica desativado para certas reações eletrofílicas em posições relativas ao grupo carbonila.