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: representar todas as estruturas de ressonância possíveis para a molécula fornecida (SMILES:
CC(=O)[C-]C\text{(C)}=O), indicando a movimentação dos elétrons com setas curvas e atribuindo as cargas formais em cada forma. As informações relevantes dadas são:- A fórmula conectiva (mostrando o ânion) é
. (Retirei este desenho a partir do SMILES: o carbono central está desprotonado, portanto é com um par solitário.) - Há dois grupos carbonila (à esquerda e à direita) conjugados com esse carbono central.
- Precisamos desenhar todas as estruturas de ressonância em que o elétron (par solitário) do carbono central pode se delocalizar, mostrar as setas curvas que representam esses movimentos eletrônicos e apontar as cargas formais em cada forma.
Passo 2
Rápida revisão didática sobre ressonância, setas curvas e carga formal (ponto-chave para a prova):
- Ressonância: quando a estrutura eletrônica real não é bem representada por uma única fórmula de Lewis, escrevemos várias fórmulas-ressonantes que diferem apenas na posição dos elétrons (pares e ligações), não na posição dos átomos. A verdadeira estrutura é um híbrido dessas formas.
- Setas curvas: em mecanismos/resonância, uma seta curva com cabeça cheia mostra o movimento de um par de elétrons (lone pair ou par
). A origem da seta é o par eletrônico (lone pair ou ligação) e a ponta indica onde os elétrons vão (novo vínculo, átomo que receberá o par, etc.). - Carga formal: use a fórmula
onde
= número de elétrons de valência do átomo neutro (C
, O
),
= elétrons não-ligantes (lone pairs) no átomo na forma desenhada,
= elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (contando todos os elétrons de ligação). Vou usar essa fórmula ao computar as cargas formais.
Passo 3
Forma-resonante 1 — forma “carbanião” (estrutura inicial dada pelo SMILES).
- Estrutura (mostrando o par solitário no carbono central):
. - Descrição do elétron: o carbono central possui um par livre (lone pair) que confere a carga negativa localizada nele.
- Cálculo da carga formal no carbono central (exemplo de uso da fórmula):
- Para o carbono central:
. Tem um lone pair ( elétrons). Está ligado a três átomos (dois carbonos vizinhos e um hidrogênio): essas são 3 ligações → elétrons em ligações. - Logo
- Para o carbono central:
- As outras duas carbonilas (os oxigênios) estão como
e, na forma 1, cada oxigênio tem carga formal . - Conclusão: nesta forma a carga
está localizada no carbono central (carbanião).
Passo 4
Como o par de elétrons do carbono central pode se delocalizar para formar um enolato, escrevemos a primeira forma-resonante enolato (delocalização para a carbonila esquerda).
- Movimento dos elétrons (setas curvas a descrever):
- Seta curva A: sai do par solitário do
central e aponta para a ligação entre o carbono central e o carbono da carbonila esquerda — isto cria uma ligação dupla . - Seta curva B: sai da ligação
da carbonila esquerda ( ) e aponta para o oxigênio, transformando a dupla em um oxigênio com par livre e carga negativa ( ).
- Seta curva A: sai do par solitário do
- Estrutura resultante (forma-resonante 2, “enolato esquerda”):
. - Aqui o duplo entre o carbono que era carbonila e o carbono central está presente:
.
- Aqui o duplo entre o carbono que era carbonila e o carbono central está presente:
- Cargas formais:
- Oxigênio esquerdo:
, agora tem três pares não-ligantes ( elétrons) e uma ligação simples ao carbono ( elétrons) → CF . Logo . - Carbono central agora perdeu a carga (antes era
); após formar a dupla C=C ele fica com CF (verifica-se aplicando a fórmula: , , elétrons (quatro ligações: C= C, C–C, C–H) → ).
- Oxigênio esquerdo:
- Observação: desenhe as duas setas curvas (A e B) para indicar esse processo.
Passo 5
Forma-resonante 3 — enolato deslocado para a carbonila direita (simétrica ao passo anterior).
- Movimento dos elétrons (setas curvas análogas, agora dirigidas para a carbonila direita):
- Seta curva A’: do par solitário no
central para a ligação entre o carbono central e o carbono da carbonila direita — formando uma ligação dupla . - Seta curva B’: da ligação
da carbonila direita para o oxigênio direito — formando à direita.
- Seta curva A’: do par solitário no
- Estrutura resultante (forma-resonante 3, “enolato direita”):
. - Cargas formais:
- Oxigênio direito: carga
(mesmo cálculo do passo anterior). - Carbono central: carga
.
- Oxigênio direito: carga
- Conclusão: as duas formas enolato (oxigênio esquerdo negativo ou oxigênio direito negativo) são formas-resonantes equivalentes entre si.
Passo 6
Resumo sobre o híbrido de ressonância e a importância relativa das formas:
- As três formas importantes são:
- carbanião localizado em
(forma inicial); - enolato com
à esquerda; - enolato com
à direita.
- carbanião localizado em
- Em termos de contribuição para o híbrido real: as formas em que a carga negativa está sobre oxigênio (enolatos) são energeticamente mais estáveis (e, portanto, contribuem mais) do que a forma em que a carga está sobre carbono, porque o oxigênio é mais eletronegativo e estabiliza melhor a carga negativa. Contudo, a forma do carbanion também contribui porque permite a deslocalização entre ambas as carbonilas — a verdadeira carga está delocalizada no híbrido.
- As duas formas enolato (esquerda e direita) são equivalentes (simétricas), então cada uma contribui de forma semelhante para o híbrido.
Passo 7
Instruções sobre como desenhar no papel (para a prova), passo a passo, lembrando da setas curvas:
- Desenhe a estrutura inicial:
. Coloque um par de elétrons no carbono central e marque a carga nele. - Para gerar cada enolato, desenhe uma seta curva do par de elétrons do carbono central para a ligação C–C correspondente (esquerda ou direita). Em seguida desenhe a segunda seta curva saindo da ligação
da carbonila alvo e apontando para o oxigênio. - Depois de desenhar cada forma, calcule as cargas formais usando a fórmula dada para checar que o oxigênio que ganhou elétrons fica com
e o carbono central fica neutro nessa forma. - Opcional: indique com uma linha tracejada (ou com uma nuvem de ressonância) que o híbrido real é a soma dessas contribuições, evidenciando a delocalização do elétron.