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 que o enunciado pede: representar todas as estruturas de ressonância possíveis para as moléculas indicadas, mostrando com setas curvas a movimentação dos elétrons e atribuindo as cargas formais em cada forma.
Informações fornecidas (que eu uso para resolver):
- A primeira molécula está dada pelo SMILES
. Vou usar essa informação para reconstruir a conectividade do anel: é um anel de seis átomos (cinco carbonos + uma nitrogênio). Vou numerar os átomos no anel para facilitar: é o átomo com carga positiva explícita no SMILES, depois seguem fechando o anel em . Assim há uma ligação dupla entre e , e o tem o seu par eletrônico não-ligante (H implícito em para completar valência). - Há também uma imagem anexa no enunciado. A imagem está pequena/baixa resolução e eu não consigo identificar com confiança a conectividade exata da segunda molécula mostrada. Por isso, não vou inferir ou inventar estruturas a partir dessa imagem ambígua — se você quiser que eu resolva essa segunda molécula, envie-a em maior resolução ou descreva a conectividade (ligações e átomos).
- Vou resolver detalhadamente a molécula do SMILES
e apresentar todas as formas de ressonância relevantes que derivam da conjugação entre a ligação dupla , o carbocátion em e o par eletrônico do nitrogênio .
Passo 2
Regras e conceitos que vamos usar (explicação didática curta, com cálculo de carga formal):
- O que é ressonância: são estruturas alternativas (formas de Lewis) que diferem apenas na distribuição dos elétrons π e dos pares não-ligantes; átomos ficam na mesma posição, só muda onde os elétrons estão. Nenhuma forma isolada descreve perfeitamente a molécula; a molécula real é a mistura (híbrido) dessas formas.
- Seta curva (notação): uma seta curva começa onde há elétrons (um par não-ligante ou uma ligação π) e aponta para onde esses elétrons vão (um átomo que vai receber elétrons ou para formar outra ligação). Nunca se começa uma seta curva de um átomo (sem elétrons) apontando para elétrons; sempre do elétron para o destino.
- Cálculo de carga formal (fórmula e interpretação): para qualquer átomo
uma forma prática equivalente:
onde “número de ligações” conta ligações simples como 1, dupla como 2, etc. Vou aplicar isso sempre que atribuir cargas formais.
- Exemplo rápido (aplicado à nossa molécula): carbono tem valência
. Se um carbono tem três ligações (por exemplo duas ligações a outros átomos + um ) e nenhum par não-ligante, sua carga formal é . Nitrogênio tem valência ; se tem três ligações e um par não-ligante, sua carga formal é .
Passo 3
Descrevendo a estrutura inicial (forma de partida) e calculando cargas formais iniciais:
- Estrutura inicial (a partir do SMILES): anel com ordem e ligações
(fechando em ). Aqui é o átomo com carga positiva indicada no SMILES; tem um par de elétrons não-ligantes e um implícito para completar 3 ligações no N. - Cálculo de cargas formais iniciais relevantes:
- Para
: valência , não-ligantes , número de ligações (ligado a , a e tem um implícito) → carga formal . Por isso . - Para
: valência , não-ligantes (par solitário), número de ligações (ligações a , e a um implícito) → carga formal . - Todos os outros carbonos ligados por simples e a dupla têm cargas formais zero nesta forma de partida.
- Para
Passo 4
Primeira movimentação de elétrons — deslocamento tipo “allylic” (alílico): gerar o carbocátion deslocado
- Motivo: um carbocátion adjacente a uma ligação dupla pode ser estabilizado pelo deslocamento do par π: os elétrons da ligação
podem mover-se para formar uma nova ligação entre e , neutralizando parcialmente e deslocando a carga positiva para . - Seta curva (descrição): seta curva do par π da ligação
indo para o átomo . Em notação: seta do traço da dupla para . - Estrutura resultante (vamos chamar de Forma B):
- ligações:
(fechando o anel). Ou seja, agora há uma dupla entre e e o centro positivo ficou em .
- ligações:
- Cálculo de carga formal em
na Forma B: -
: valência , não-ligantes , número de ligações (ligações a , e a um implícito) → . Então .
-
- Observação didática: esse movimento é típico de sistemas allylic — a carga positiva se espalha entre
e por ressonância; ambas as formas (A e B) contribuem para o híbrido real.
Passo 5
Segunda movimentação de elétrons — do par solitário do nitrogênio para o centro positivo (formação de ligação
)
- Motivo: o nitrogênio tem um par não-ligante que pode doar para um centro deficitário (o carbocátion em
), formando uma ligação dupla . Isso desloca a carga positiva do carbono para o nitrogênio (o nitrogênio fica carregado positivamente). - Seta curva (descrição): seta curva partindo do par não-ligante do
em direção à ligação entre e , para transformar essa ligação simples em uma dupla . - Estrutura resultante (vamos chamar de Forma C):
- ligações:
(fechando o anel). Agora perdeu seu par não-ligante (foi usado para formar a dupla) e, por ter agora quatro ligações totais (a dupla conta como 2), carrega carga positiva.
- ligações:
- Cálculo de cargas formais na Forma C:
-
: valência , não-ligantes (o par foi usado), número de ligações (dupla para , mais a ligação a e o H implícito) → carga formal . Portanto . -
: agora tem uma dupla para , uma ligação simples para e um H implícito → número de ligações , não-ligantes → carga formal ? Atenção: devemos contar cuidadosamente: antes, era (3 ligações). Ao receber o par do nitrogênio, a nova contagem torna com 4 ligações? Não — a forma correta: inicialmente tinha 3 ligações (C2, N6, H); quando o N forma dupla com C1, a ligação N–C1 passa de simples para dupla: isso incrementa a contagem de ligações de em +1 (dupla =2 contagens para essa ligação), então agora tem efetivamente 4 ligações (contando dupla como 2), o que o torna neutro? Vamos calcular: -
na Forma C: valência , não-ligantes , número de ligações (dupla N–C1 conta 2, + ligação a C2, + H) → carga formal . Portanto ficou neutro e a carga positiva passou para , como esperado (iminium-like).
-
- Resumo: na Forma C o centro positivo está em
, fica neutro, e os outros carbonos permanecem neutros.
-
Passo 6
Possibilidade de outras formas e resumo das contribuições:
- As formas de ressonância significativas que já geramos são:
- Forma A (inicial):
com dupla . - Forma B (alílica):
com dupla (o carbocátion deslocou-se). - Forma C (doação do N):
com dupla e dupla mantida.
- Forma A (inicial):
- Explicando por que essas três são as principais:
- A e B são típicas de delocalização alílica: o carbocátion pode ocupar sítios alternados que estão conjugados com a dupla.
- C é típica quando um heteroátomo com par livre (nitrogênio) está adjacente a um carbocátion: o par do N pode formar uma ligação π ao carbono deficiente, deslocando a carga para o próprio N (formando uma espécie do tipo imínio, com
).
- Formas que envolvessem deslocamento adicional da carga para outros carbonos (por exemplo para
etc.) não são obtidas por movimentos de elétrons π simples porque não há mais ligações π conjugadas adjacentes além das já usadas; portanto as três formas acima cobrem as ressonâncias relevantes. - Em prova: desenhe sempre as setas curvas seguindo as regras (do elétron para o local que recebe elétron), e recontabilize cargas formais conferindo valências e pares não-ligantes implícitos (lembre-se dos
implícitos).
Resposta
Forma A (inicial):
com ligação dupla
.
Forma B (alílica): com ligação dupla
(obtida por seta curva do par
de
para
).
Forma C (doação do N): com ligação dupla
(obtida por seta curva do par não-ligante de
para formar a dupla
).
Forma B (alílica):
Forma C (doação do N):