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.
ON+O-

Passo 1

O que o enunciado pede: representar todas as estruturas de ressonância possíveis para a molécula dada, mostrar (em palavras) as setas curvas que indicam a movimentação dos elétrons e atribuir as cargas formais em cada forma.
Informações fornecidas (extraídas do SMILES): a molécula tem um grupo nitro ligado a um anel cíclico contendo duas ligações duplas e um carbono com carga positiva. Vou numerar o anel para organizar a explicação: o carbono ligado ao nitro será \mathrm{C}_1; seguindo o anel no sentido do SMILES temos \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3-\mathrm{C}_4=\mathrm{C}_5-\mathrm{C}_6^{+} e \mathrm{C}_1 fecha o anel. O grupo nitro está como \mathrm{O}=\mathrm{N}^{+}(-\mathrm{O}^{-}) ligado a \mathrm{C}_1.
O que você deve obter: todas as formas relevantes de ressonância que mostrem
  • a delocalização da carga positiva no sistema conjugado do anel (formen do tipo arenio / ciclohexadienílio),
  • a participação de ressonância do grupo nitro (incluindo as formas com \mathrm{O}^{-} em ambas as oxigênios),
  • as setas curvas (descritas passo a passo) que geram cada forma a partir de outra,
  • as cargas formais calculadas e indicadas.

Passo 2

Breve revisão didática (regras úteis para desenhar ressonância e setas curvas):
  • Somente elétrons se movem: pares isolados (lone pairs) ou elétrons de ligações π. Nunca mova átomos.
  • Uma seta curva parte da fonte de elétrons (par isolado ou ligação) em direção ao local onde os elétrons vão (outro átomo ou entre dois átomos formando uma ligação π).
  • Sempre verifique o octeto dos átomos ao fazer a transformação; não crie estruturas em que um átomo leve a mais do que o seu número máximo usual de elétrons de valência (exceto elementos com capacidade de expansão do octeto, que aqui não existem).
  • Fórmula para carga formal (útil para checar): \text{FC} = (\text{elétrons de valência do átomo isolado}) - (\text{elétrons não ligantes}) - \tfrac{1}{2}(\text{elétrons de ligação})éêáéãéçã
Vou aplicar essa fórmula a cada átomo relevante enquanto desenhamos as formas.

Passo 3

Descrever a estrutura inicial (estado de referência) e calcular cargas formais locais:
  • Estrutura inicial (vou chamá‑la de Forma A): o grupo nitro como mostrado em muitos textos: \mathrm{O}=\mathrm{N}^{+}(-\mathrm{O}^{-}) ligado a \mathrm{C}_1. O anel tem duplas em \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3 e \mathrm{C}_4=\mathrm{C}_5 e a carga positiva formal está em \mathrm{C}_6; escrevemos isso como \mathrm{C}_6^{+}.
  • Cálculo de cargas formais (exemplos):
    • Nitrogênio do nitro: valência 5, elétrons não ligantes 0 (na forma representada com duas ligações para oxigênios e uma para o anel), elétrons em ligações 4 ligações \times 2 = 8 elétrons → \tfrac{1}{2}\times 8 =4. Assim \text{FC}(\mathrm{N})=5-0-4=+1, por isso \mathrm{N}^{+}.
    • Oxigênio com ligação simples ao N (o que leva a carga negativa): valência 6, elétrons não ligantes 6 (três pares), elétrons em ligações 1 ligação \times 2 =2 \tfrac{1}{2}\times 2 =1. Assim \text{FC}(\mathrm{O})=6-6-1=-1, por isso \mathrm{O}^{-}.
    • Carbono com carga positiva (por exemplo \mathrm{C}_6^{+} na forma A): valência 4, elétrons não ligantes 0, elétrons em ligações (três ligações para vizinhos, supondo que ele é \mathrm{CH}^+) → 3 ligações → \tfrac{1}{2}\times 6 =3. \text{FC}(\mathrm{C}_6)=4-0-3=+1.
  • Observação: o grupo nitro por si tem formas de ressonância que interconvertem qual oxigênio carrega o sinal negativo; por isso cada forma do anel pode combinar com duas formas equivalentes do nitro (oxigênio esquerdo ou direito como \mathrm{O}^{-}).

Passo 4

Delocalização da carga positiva ao longo do anel (ressonância “intra‑anel”):
  • A carga positiva em \mathrm{C}_6^{+} está conjugada com as duas duplas do anel; ela pode ser deslocada por movimento das ligações π. As transformações por setas curvas (descritas) são:
    1. Para mover a carga de \mathrm{C}_6 para \mathrm{C}_4: desenhe uma seta curva partindo da ligação \mathrm{C}_4=\mathrm{C}_5 (o par π entre \mathrm{C}_4 e \mathrm{C}_5) em direção à ligação \mathrm{C}_5-\mathrm{C}_6; isso forma uma nova ligação dupla \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6 e, consequentemente, a perda do par π original em outro lugar faz com que a carga positiva se localize agora em \mathrm{C}_4. Resultado: Forma B com \mathrm{C}_4^{+}, duplas em \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6 e \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3.
    2. Para mover a carga de \mathrm{C}_6 para \mathrm{C}_2: desenhe uma seta curva partindo da ligação \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3 em direção à ligação \mathrm{C}_3-\mathrm{C}_4 (ou, equivalentemente, primeiro mover para \mathrm{C}_4 e depois para \mathrm{C}_2 seguindo as rotações do sistema pi). O efeito final é obter uma Forma C com \mathrm{C}_2^{+} e duplas apropriadas deslocadas (agora há \mathrm{C}_3=\mathrm{C}_4 e \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6, por exemplo).
  • Em palavras simples: as setas curvas indicam que um par π se desloca para formar a dupla adjacente, e o centro carregado positivamente “anda” para o átomo que perdeu o par π.

Passo 5

Ressonância envolvendo o grupo nitro (aceitação de densidade eletrônica do anel):
  • Quando a carga positiva está em uma posição orto ou para em relação ao substituinte nitro, o anel pode doar densidade para o nitro. Exemplo prático:
    • Comece da Forma C (com \mathrm{C}_2^{+} ou de outra que coloque carga em \mathrm{C}_2, que é adjacente a \mathrm{C}_1). Faça a seguinte seta curva: do par π da ligação \mathrm{C}_1=\mathrm{C}_2 (tail da seta) para formar uma nova ligação dupla entre \mathrm{C}_1 e o nitrogênio \mathrm{N} (head da seta na ligação \mathrm{C}_1-\mathrm{N}). Como consequência, um dos pares π do \mathrm{N}=\mathrm{O} se desloca para o oxigênio, transformando essa ligação N=O em N–O^{-}. O resultado é:
      • a carga positiva do anel é “empurrada” para \mathrm{C}_2 (ou já estava lá) e agora parte da carga positiva está compensada por a transferência de densidade ao nitrogênio; o nitrogênio permanece formalmente \mathrm{N}^{+} mas um oxigênio fica \mathrm{O}^{-}. Em termos de desenho canônico: obtemos uma forma onde existe uma ligação dupla \mathrm{C}_1=\mathrm{N} (caracterizando uma ressonância onde o nitro aceita densidade), o \mathrm{O} correspondente carrega \mathrm{O}^{-} e a carga positiva reside em um carbono (por exemplo \mathrm{C}_2^{+}) do anel.
  • Há duas possibilidades simétricas porque o nitro tem duas ligações \mathrm{N}=\mathrm{O}; o par π pode se deslocar de qualquer uma delas, gerando duas formas equivalentes onde o oxigênio com carga negativa é ora o oxigênio ligado “à esquerda”, ora o da “direita”. Combine isso com as várias posições de carga no anel para obter um conjunto de formas.

Passo 6

Listagem e descrição das formas de ressonância principais (explicando as setas que geram cada uma)
Vou enumerar as formas-canônicas relevantes e descrever a seta curva que chega a cada uma a partir da Forma A (ou de uma forma já obtida por ressonância intra‑anel):
  • Forma A (referência): nitro como \mathrm{O}=\mathrm{N}^{+}(-\mathrm{O}^{-}), anel com duplas em \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3 e \mathrm{C}_4=\mathrm{C}_5, e \mathrm{C}_6^{+}. (Já explicado como obter e calcular \text{FC}(\mathrm{C}_6)=+1 e \text{FC}(\mathrm{N})=+1, \text{FC}(\mathrm{O})=-1.)
    • (seta curva: nenhuma, é a estrutura inicial)
  • Forma B: carga positiva deslocada para \mathrm{C}_4^{+}; duplas agora em \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6 e \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3.
    • (seta curva que gera B a partir de A): do par π de \mathrm{C}_4=\mathrm{C}_5 para formar a nova ligação \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6. Resultado: \mathrm{C}_4^{+}.
  • Forma C: carga positiva deslocada para \mathrm{C}_2^{+}; duplas deslocadas adequadamente (por exemplo \mathrm{C}_3=\mathrm{C}_4 e \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6).
    • (seta curva que gera C a partir de B): do par π de \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3 para formar \mathrm{C}_3=\mathrm{C}_4, transferindo a carga para \mathrm{C}_2.
  • Forma D (envolvendo o nitro): a carga positiva está em \mathrm{C}_2^{+} (ou em posição orto ao nitro) E o anel doa densidade ao nitrogênio formando uma dupla \mathrm{C}_1=\mathrm{N}; um dos \mathrm{N}=\mathrm{O} vira \mathrm{N}-\mathrm{O}^{-}. Assim:
    • descrição: ligação \mathrm{C}_1-\mathrm{N} torna‑se \mathrm{C}_1=\mathrm{N}; uma ligação \mathrm{N}=\mathrm{O} torna‑se \mathrm{N}-\mathrm{O}^{-}; a carga positiva fica localizada em \mathrm{C}_2^{+} (ou no carbono que perdeu o par π).
    • (seta curva que gera D): do par π de \mathrm{C}_1=\mathrm{C}_2 para formar \mathrm{C}_1=\mathrm{N}; simultaneamente, do par π de \mathrm{N}=\mathrm{O} para o oxigênio correspondente (resultando em \mathrm{O}^{-}).
  • Forma E (análogo de D, mas com o outro oxigênio do nitro carregado): a mesma transformação que D, porém o par π que sai de \mathrm{N}=\mathrm{O} é o do outro oxigênio; portanto \mathrm{O}^{-} aparece no outro oxigênio. (Seta curva análoga).
Observação: cada uma das formas D e E pode também ser desenhada partindo de outras formas onde a carga do anel esteja em outros carbonos orto/para e, portanto, há variantes adicionais, mas as listadas (A–E) cobrem os tipos de ressonância: (i) delocalização intra‑anel da carga positiva, (ii) transferência de densidade do anel para o nitro com geração de \mathrm{O}^{-} no nitro, e (iii) as formas canônicas do nitro internamente (troca de \mathrm{O}^{-} entre as duas oxigênios).

Passo 7

Cálculo rápido das cargas formais em cada tipo de forma (resumo):
  • Forma A: \text{FC}(\mathrm{C}_6)=+1; no grupo nitro \text{FC}(\mathrm{N})=+1 e \text{FC}(\text{um O})=-1 (neto do nitro é 0).
  • Forma B/C: a carga positiva está em \mathrm{C}_4^{+} ou \mathrm{C}_2^{+} respectivamente; nitro permanece como em A (a menos que façamos a próxima etapa de doar elétrons para o nitro).
  • Forma D/E: a estrutura tem \mathrm{C}_2^{+} (ou outro carbono orto/para) e o nitro tem \mathrm{N}^{+} com um \mathrm{O}^{-}. Em todas essas, as somas de FC permanecem consistentes com uma molécula neutra.

Passo 8

Boas práticas para a prova (para você não se confundir sob pressão):
  • Numere o anel (como eu fiz) para acompanhar para onde a carga vai.
  • Desenhe primeiro a forma de referência (carga inicial) e, em seguida, gere formas por uma seta ou por passos pequenos (não tente saltar várias mudanças de elétrons de uma vez).
  • Sempre cheque o octeto depois de mover uma seta: o produto da seta não pode deixar um átomo com mais de 8 elétrons.
  • Use a fórmula da carga formal para verificar que os sinais estão corretos (faça pelo menos para \mathrm{C}, \mathrm{N}, \mathrm{O} envolvidos).
  • Lembre que o nitro tem duas formas equivalentes em que o \mathrm{O}^{-} está ora em um oxigênio, ora no outro; ao combinar com as formas do anel você multiplica contribuintes de ressonância equivalentes.

Resposta

Forma A: nitro \mathrm{O}=\mathrm{N}^{+}(-\mathrm{O}^{-}) ligado a \mathrm{C}_1; anel com duplas em \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3 e \mathrm{C}_4=\mathrm{C}_5; \mathrm{C}_6^{+}.
Forma B: \mathrm{C}_4^{+} (duplas em \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6 e \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3); nitro como em A. (seta curva: \mathrm{C}_4=\mathrm{C}_5 → formar \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6).
Forma C: \mathrm{C}_2^{+} (duplas em \mathrm{C}_3=\mathrm{C}_4 e \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6); nitro como em A. (seta curva: \mathrm{C}_2=\mathrm{C}_3 → deslocar π).
Forma D: ressonância anel→nitro com \mathrm{C}_2^{+} e ligação \mathrm{C}_1=\mathrm{N}; um \mathrm{N}=\mathrm{O} torna‑se \mathrm{N}-\mathrm{O}^{-} (setas curvas: \mathrm{C}_1=\mathrm{C}_2 \mathrm{C}_1-\mathrm{N} e \mathrm{N}=\mathrm{O} \mathrm{O}).
Forma E: análoga a D, mas com o outro oxigênio do nitro carregando \mathrm{O}^{-} (a outra possibilidade de ressonância do nitro).

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