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.
NH2

Passo 1

O enunciado pede: representar todas as estruturas de ressonância possíveis para a molécula cujo SMILES é Nc1ccccc1 (anilina), usando setas curvas para mostrar o movimento dos elétrons e atribuindo as cargas formais em cada forma.
Informações fornecidas e observações claras:
  • A molécula é anilina: um anel benzênico ligado a um grupo amino -NH _2.
  • Precisamos desenhar todas as formas-canônicas relevantes em que a dupla ligação / elétrons do anel ou do nitrogênio se reorganizam por ressonância envolvendo o par eletrônico do nitrogênio.
  • Em cada forma devemos indicar as setas curvas (descreverei cada seta em palavras passo a passo) e calcular as cargas formais.

Passo 2

Breve revisão didática das regras que usaremos (ou seja, mini-aula sobre ressonância e setas curvas):
  • Ressonância não é reação: são estruturas alternativas que representam a mesma nuvem eletrônica; a molécula real é uma mistura (híbrido) dessas formas-canônicas.
  • Convenções de setas curvas:
    • Uma seta curva começa numa fonte de elétrons: um par livre (lone pair) ou uma ligação π (par de elétrons compartilhados).
    • A ponta da seta indica para onde os elétrons vão: formar uma nova ligação, ou ficar como par isolado em outro átomo.
    • Cada seta curva representa o movimento de dois elétrons.
  • Carga formal (fórmula e como calcular): para qualquer átomo,
\text{carga formal} = (\text{número de elétrons de valência do átomo neutro}) - (\text{elétrons não-ligantes}) - \tfrac{1}{2}(\text{elétrons em ligações})úéêáéãéçõ
Vou usar essa fórmula para cada átomo cujo estado muda numa forma de ressonância (tipicamente N e o carbono que recebe o par).

Passo 3

Desenho inicial (forma neutra): descrevo em palavras a estrutura e os elétrons que existem antes da ressonância.
  • Estrutura: anel benzênico (seis átomos de carbono cíclicos com três ligações duplas alternadas) ligado a um grupo amino -NH _2 no carbono “ipso”.
  • No nitrogênio: há um par livre (lone pair) que pode ser doador para o anel.
  • Esta forma é neutra: nitrogênio com um par livre, duas ligações N–H e uma ligação simples N–C(ipso). Formalmente, para o N:
\text{FC}_N = 5 - 2 - \tfrac{1}{2}\cdot 6 = 5 - 2 - 3 = 0
(onde 5 é o número de elétrons de valência do N, 2 elétrons não-ligantes e 6 elétrons em ligações: duas N–H e uma N–C).

Passo 4

Primeiro movimento de elétrons: doação do par livre do nitrogênio para formar uma ligação dupla N=C(ipso) e deslocamento dos elétrons π do anel. Descrição das setas curvas:
  • Seta 1: do par livre do N → para o enlace entre N e o carbono ipso, formando uma ligação dupla N=C.
  • Seta 2: como a ligação dupla original entre o carbono ipso e o carbono adjacente (ortho) não pode ter dois pares entrando, os elétrons π dessa ligação saem para o carbono ortho, convertendo aquele carbono numa espécie com par isolado (carbaníon parcial). Em palavras: os elétrons do \mathrm{C}_{\text{ipso}}=\mathrm{C}_{\text{ortho}} vão para o \mathrm{C}_{\text{ortho}}, criando uma carga negativa naquele carbono.
    Resultado desta forma (chamaremos Forma A: carga negativa no carbono orto direito):
  • Nitrogênio agora tem carga formal +1. Cálculo para o N nesta forma:
\text{FC}_N = 5 - 0 - \tfrac{1}{2}\cdot 8 = 5 - 0 - 4 = +1
(já que N perdeu o par livre, passa a não ter elétrons não-ligantes e forma uma ligação dupla N=C contando como 4 elétrons em ligação).
  • O carbono orto que recebeu o par tem agora um lone pair e três ligações (duas ligações simples a carbonos vizinhos e uma ligação a hidrogênio): sua carga formal é
\text{FC}_C = 4 - 2 - \tfrac{1}{2}\cdot 6 = 4 - 2 - 3 = -1.
Portanto, Forma A mostra N^{+} ligado ao anel e um C_{\text{ortho}}^{-}. (Obs.: existe uma forma equivalente onde o carbaníon aparece no outro carbono orto; veremos abaixo.)

Passo 5

Propagação do par eletrônico pelo anel (forma com carga no carbono para-): continua a deslocar os elétrons π dentro do anel para mover a carga negativa ao longo do anel até o carbono para. Descrição das setas curvas para ir da Forma A à Forma B (carga no carbono para):
  • Seta: os elétrons do par isolado/carbaníon no carbono orto formam uma dupla entre esse carbono e o carbono adjacente, deslocando a dupla seguinte para o carbono para. Em termos de setas curvas: do lone pair no C_{\text{ortho}} → para a ligação C_{\text{ortho}}-C_{\text{adj}}, e sucessivamente as duplas são movidas ao longo do anel até que a densidade eletrônica termine como um par isolado no carbono para.
    Resultado (Forma B: carga negativa no carbono para):
  • O nitrogênio permanece com carga formal +1 (porque continua com a ligação dupla N=C e sem par livre).
  • O carbono para tem carga formal -1 (mesmo cálculo de carbono com um lone pair e três ligações).

Passo 6

Forma equivalente com carga no outro carbono orto (Forma C):
  • Pela simetria do anel e pela possibilidade inicial de escolher o lado em que o par π do anel recebeu os elétrons quando N doou, existe outra forma idêntica à Forma A mas com o carbaníon no outro carbono orto (o que torna dois orto equivalentes).
  • Formalmente: duas formas orto (A e C) são equivalentes entre si; uma forma para (B) é também possível. Em cada uma dessas três formas, o N tem carga +1 e o carbono que aceita o par tem carga -1.

Passo 7

Resumo das formas canônicas e relação com as formas iniciais do anel (Kekulé):
  • As formas que envolvem a doação do par do N para o anel geram três contribuintes principais onde o N é positivo e a carga negativa aparece em um dos carbonos \mathrm{C}_{\text{ortho}} (duas formas equivalentes) ou em \mathrm{C}_{\text{para}}. Essas são as formas que mostram a delocalização do par do N ao anel.
  • A forma neutra (com o par livre no N, sem cargas formais) também é uma contribuição importante.
  • As formas de Kekulé do anel (as ressonâncias internas do benzeno) existem também e combinam com os deslocamentos acima — quando desenhamos as formas com duplas deslocadas no anel eu já estou explicitamente mostrando como as Kekulé internas se combinam com a delocalização do N.
  • Observação de estabilidade/ordem de contribuição: a forma neutra (lone pair no N) é geralmente a mais importante porque as formas com separação de carga (N+ e C–) são menos estáveis isoladamente, embora contribuam ao híbrido. Isso explica, por exemplo, que o par do N está parcialmente deslocalizado e o N da anilina é menos básico do que o N de aminas alifáticas simples.

Passo 8

Lista precisa dos movimentos (setas curvas) para cada transformação (descrição passo-a-passo para usar na prova, como desenhar):
  • De Forma neutra → Forma A (ortho esquerdo com carga): desenhe uma seta do par livre do N para o traço entre N e C_{\text{ipso}} (formando N= Cipso); desenhe uma segunda seta do traço \mathrm{C}_{\text{ipso}}=\mathrm{C}_{\text{ortho}} para o C_{\text{ortho}}, gerando o lone pair/carbaníon no C_{\text{ortho}}. Indique N^{+} e C_{\text{ortho}}^{-}.
  • Forma A → Forma B (carga movendo-se para o para): desenhe uma seta do lone pair em C_{\text{ortho}} para formar a ligação dupla com o carbono adjacente; continue movendo as duplas ao longo do anel com setas de ligação π → próxima ligação π até que a carga termine no carbono para como um lone pair (essa cadeia de setas desloca a carga ao longo do anel). Indique C_{\text{para}}^{-} e N^{+}.
  • Forma B → Forma C: continue o mesmo tipo de movimento para colocar a carga no outro orto (ou realize o movimento inicial do outro orto desde a forma neutra). Forma C é equivalente à A (justificar simetria).

Passo 9

Cálculo das cargas formais — exemplo mostrado (resumindo):
  • Forma neutra: \text{FC}_N = 0.
  • Qualquer forma com N doando o par: \text{FC}_N = +1.
  • Carbono que recebe o par (ortho ou para): \text{FC}_C = -1.

Passo 10

Comentário prático para a prova (motivação e dica rápida):
  • Ao desenhar as estruturas, sempre comece identificando o par livre que pode doar (aqui o do N).
  • Faça a seta do par livre para formar ligação; depois mova as duplas do anel sucessivamente para acomodar essa nova ligação — cada seta move dois elétrons.
  • Marque imediatamente as cargas formais usando a fórmula da Passo 2 para checar seu desenho.
  • Lembre-se: existem três contribuintes principais vindos da doação do N (dois orto equivalentes e um para) além da forma neutra. Escreva-os e mostre as setas que ligam cada par de formas quando for pedir “mostre a movimentação dos elétrons”.

Resposta

Forma neutra: anel benzênico ligado a -NH _2 com par livre no N (sem cargas formais).
Forma A: N com carga +1 (N sem lone pair, N=Cipso dupla) e carga -1 em um carbono orto ( C_{\text{ortho}}^{-}) — setas: lone pair do N → N–Cipso; \pi do Cipso=Corto → C_{\text{ortho}}.
Forma B: N com carga +1 e carga -1 em C_{\text{para}}^{-} — setas: do carbaníon ortho formar dupla e deslocar as duplas do anel até o carbono para.
Forma C: N com carga +1 e carga -1 no outro C_{\text{ortho}}^{-} (equivalente à Forma A por simetria).

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