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

Você pediu para representar todas as estruturas de ressonância possíveis para as moléculas indicadas. As informações que tenho são:
  • Uma molécula dada por SMILES: CC1=C\text{(C)}C\text{(C)}\text{(C)}CC1\text{(C)}C. (essa é uma cicloalqueno muito substituído: um ciclohexeno tetrasubstituído com vários grupos metila ligados aos carbonos do anel)
  • Uma imagem que mostra claramente o íon guanidínio (a guanidina protonada): um carbono central ligado a três nitrogênios, um desses nitrogênios está ligado a dois hidrogênios e aparece com carga positiva no esquema da imagem.
    O pedido é: representar todas as estruturas de ressonância possíveis de cada uma, usando setas curvas para mostrar movimento de elétrons e atribuindo cargas formais em cada forma.

Passo 2

Primeiro, vou analisar a molécula descrita pelo SMILES CC1=C\text{(C)}C\text{(C)}\text{(C)}CC1\text{(C)}C e ver se há possibilidade de ressonância clássica. Regras práticas para identificar ressonância importante:
  • É preciso haver um sistema conjugado de orbitais p (por exemplo, ligações duplas conjugadas, ou pares não-ligantes em átomo adjacente à dupla) para que elétrons possam ser delocalizados.
  • Grupos alquila (metila) não apresentam pares eletrônicos nem duplas que se conjugam com a dupla C=C — eles podem estabilizar por hiperconjugação, mas isso não gera formas de ressonância formais com cargas isoladas.
    Aplicando isso à SMILES: a molécula contém uma única dupla C=C isolada no anel e muitos grupos metila ligados aos carbonos saturados ao redor. Não existe sistema pi conjugado adjacente nem heteroátomos com pares não-ligantes conjugados com a dupla. Portanto não há formas de ressonância clássicas para desenhar movendo pares de elétrons entre átomos via setas curvas.
Explicação didática sobre hiperconjugação (porque às vezes confunde com ressonância):
  • Hiperconjugação é o efeito de um orbital σ (por exemplo σ(C–H) ou σ(C–C) de uma metila) que interage com o orbital π adjacente, estabilizando a dupla por pequeno compartilhamento de densidade eletrônica.
  • Em representação de mecânica de ressonância, às vezes se desenham contribuidores “hiperconjugativos” (com um pequeno deslocamento de densidade) — mas esses não são formas de ressonância com mudança formal de cargas como em sistemas conjugados com heteroátomos. Na prática para exercícios de ressonância orgânica consideramos: para a SMILES dada não há estruturas de ressonância relevantes a mostrar com setas curvas.

Passo 3

Agora vou analisar a estrutura mostrada na imagem. Identificação e dados importantes (tirados da imagem):
  • A imagem corresponde ao íon guanidínio (a guanidina protonada). Estrutura geral representada: um carbono central ligado a três nitrogênios (cada N tem hidrogênios associados conforme a figura) e com carga total +1 (a figura mostra um N com círculo de carga positiva).
  • Esse íon tem um sistema onde pares de elétrons em nitrogênios podem se delocalizar sobre o sistema C–N, portanto existem formas de ressonância importantes e equivalentes. O objetivo é desenhar todas as estruturas canônicas que mostram a delocalização da carga positiva entre os três nitrogênios.
Regra prática usada aqui: se um átomo com par não-ligante (N) está adjacente a um carbono que pode aceitar uma dupla (C ligado a vários N), o par pode formar uma ligação dupla C=N, deslocando a ligação π existente e realocando carga. Em guanidínio isso gera três formas equivalentes porque há três N ligados ao mesmo C.

Passo 4

Vou descrever passo a passo como obter uma das estruturas de ressonância do guanidínio usando setas curvas (texto descrevendo as setas):
  • Passo elétron-mecânico (seta curva 1): pegue o par de elétrons não-ligantes (lone pair) do nitrogênio A (um dos nitrogênios que está ligado por ligação simples ao C). Faça uma seta curva do par de elétrons do \text{N}_A para a ligação entre \text{N}_A e o carbono \text{C}, formando uma dupla \text{C}=\text{N}_A.
  • Passo elétron-mecânico (seta curva 2): ao formar essa nova dupla, os elétrons da dupla antiga (por exemplo, se havia uma dupla anterior entre \text{C} e outro nitrogênio \text{N}_B, ou simplesmente para conservar elétrons) serão deslocados para \text{N}_B formando um par não-ligante naquele \text{N}_B. Em termos práticos: a densidade π é deslocada de modo que um dos nitrogênios que antes “participava” da dupla passa a receber o par e fica com uma carga diferente.
    (Dica visual: na prática de desenho você desenharia uma seta curva do lone pair de \text{N}_A para a ligação \text{N}_A–C, e outra seta da ligação C= \text{N}_B em direção ao \text{N}_B para mostrar que aquele par π vai para \text{N}_B.)
Agora faço o cálculo das cargas formais nessa forma canônica resultante (vou usar a fórmula padrão):
  • Fórmula da carga formal: \text{carga formal} = \text{valência do átomo} - (\text{elétrons não-ligantes} + \tfrac{1}{2}\times\text{elétrons de ligação})êáéãéçã.
    Exemplo para o nitrogênio que ficou com dupla ligação (na forma onde \text{C}=\text{N}_A):
  • Um nitrogênio com dupla ligação tem: pares não-ligantes = 2 elétrons; elétrons em ligações = 4 (a dupla conta 4 elétrons). Assim: \text{carga formal} = 5 - (2 + \tfrac{1}{2}\cdot 4) = 5 - (2 + 2) = +1.Logo o nitrogênio duplamente ligado aparece com carga formal +1 nessa forma canônica.
  • Os outros dois nitrogênios (que ficam ligados por simples ligação ao C e mantêm seus pares não-ligantes) têm:
    pares não-ligantes = 2 elétrons; elétrons de ligação = 6 (três ligações: uma com C e duas com H se forem NH2); assim \text{carga formal} = 5 - (2 + \tfrac{1}{2}\cdot 6) = 5 - (2 + 3) = 0.Portanto esses nitrogênios são neutros nessa forma canônica.

Passo 5

Pela simetria do íon guanidínio, podemos gerar as outras formas de ressonância simplesmente trocando qual nitrogênio doa seu par para formar a dupla C=N. Assim existem exatamente três formas canônicas principais:
  • Forma 1: dupla entre \text{C} e o nitrogênio superior (na imagem), esse nitrogênio tem carga formal +1; os outros dois nitrogênios são neutros.
  • Forma 2: dupla entre \text{C} e o nitrogênio esquerdo; esse nitrogênio tem carga formal +1; os outros dois neutros.
  • Forma 3: dupla entre \text{C} e o nitrogênio direito; esse nitrogênio tem carga formal +1; os outros dois neutros.
Cada uma dessas formas é equivalente; a verdadeira estrutura do íon é uma mescla (resonância) dessas três, com a carga positiva totalmente deslocalizada sobre os três nitrogênios. Em desenhos com setas curvas, cada forma é obtida movendo-se o lone pair de um nitrogênio para formar a dupla C=N e deslocando o par π correspondente para outro nitrogênio.

Resposta

SMILES CC1=C\text{(C)}C\text{(C)}\text{(C)}CC1\text{(C)}C: não há estruturas de ressonância clássicas aplicáveis (apenas estabilização por hiperconjugação dos grupos metila; nenhuma forma canônica com deslocamento formal de elétrons e cargas a ser desenhada).
Íon guanidínio (imagem): existem três formas de ressonância equivalentes:
  1. ligação dupla \text{C}=\text{N}_{\text{top}} com \text{N}_{\text{top}} contendo carga formal +1; os outros dois N são neutros;
  2. ligação dupla \text{C}=\text{N}_{\text{left}} com \text{N}_{\text{left}} contendo carga formal +1; os outros dois N são neutros;
  3. ligação dupla \text{C}=\text{N}_{\text{right}} com \text{N}_{\text{right}} contendo carga formal +1; os outros dois N são neutros.

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