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.
OO

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 \mathrm{CH_3\!-\!C(=O)\!-\!C^-H\!-\!C(=O)\!-\!CH_3}. (Retirei este desenho a partir do SMILES: o carbono central está desprotonado, portanto é \mathrm{C^-H} 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 \pi). 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
\text{carga formal} = V - N_{l} - \frac{N_{b}}{2},
onde V = número de elétrons de valência do átomo neutro (C \to 4, O \to 6), N_{l} = elétrons não-ligantes (lone pairs) no átomo na forma desenhada, N_{b} = 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): \mathrm{CH_3\!-\!C(=O)\!-\!C^-H\!-\!C(=O)\!-\!CH_3}.
  • 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: V=4. Tem um lone pair ( N_{l}=2 elétrons). Está ligado a três átomos (dois carbonos vizinhos e um hidrogênio): essas são 3 ligações → N_{b}=6 elétrons em ligações.
    • Logo
    \text{CF}_{C\text{ central}} = 4 - 2 - \frac{6}{2} = 4 - 2 - 3 = -1.
  • As outras duas carbonilas (os oxigênios) estão como =\!O e, na forma 1, cada oxigênio tem carga formal 0.
  • Conclusão: nesta forma a carga -1 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):
    1. Seta curva A: sai do par solitário do \mathrm{C^-} central e aponta para a ligação entre o carbono central e o carbono da carbonila esquerda — isto cria uma ligação dupla \mathrm{C(central)=C(left)}.
    2. Seta curva B: sai da ligação \pi da carbonila esquerda ( \mathrm{C=O}) e aponta para o oxigênio, transformando a dupla \mathrm{C=O} em um oxigênio com par livre e carga negativa ( \mathrm{O^-}).
  • Estrutura resultante (forma-resonante 2, “enolato esquerda”):
    \mathrm{CH_3\!-\!C(O^-)=C(H)\!-\!C(=O)\!-\!CH_3}.
    • Aqui o duplo entre o carbono que era carbonila e o carbono central está presente: \mathrm{C(O^-)=C(H)}.
  • Cargas formais:
    • Oxigênio esquerdo: V=6, agora tem três pares não-ligantes ( N_{l}=6 elétrons) e uma ligação simples ao carbono ( N_{b}=2 elétrons) → CF =6-6-\frac{2}{2}=6-6-1=-1. Logo \mathrm{O^-}.
    • Carbono central agora perdeu a carga (antes era -1); após formar a dupla C=C ele fica com CF 0 (verifica-se aplicando a fórmula: V=4, N_l=0, N_b=8 elétrons (quatro ligações: C= C, C–C, C–H) → 4-0-8/2=4-4=0).
  • 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):
    1. Seta curva A’: do par solitário no \mathrm{C^-} central para a ligação entre o carbono central e o carbono da carbonila direita — formando uma ligação dupla \mathrm{C(central)=C(right)}.
    2. Seta curva B’: da ligação \pi da carbonila direita para o oxigênio direito — formando \mathrm{O^-} à direita.
  • Estrutura resultante (forma-resonante 3, “enolato direita”):
    \mathrm{CH_3\!-\!C(=O)\!-\!C(H)=C(O^-)\!-\!CH_3}.
  • Cargas formais:
    • Oxigênio direito: carga -1 (mesmo cálculo do passo anterior).
    • Carbono central: carga 0.
  • 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:
    1. carbanião localizado em \mathrm{C^-} (forma inicial);
    2. enolato com \mathrm{O^-} à esquerda;
    3. enolato com \mathrm{O^-} à direita.
  • 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: \mathrm{CH_3\!-\!C(=O)\!-\!C^-H\!-\!C(=O)\!-\!CH_3}. 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 \pi 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 -1 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.

Resposta

\mathrm{CH_3\!-\!C(=O)\!-\!C^-H\!-\!C(=O)\!-\!CH_3}
\mathrm{CH_3\!-\!C(O^-)=C(H)\!-\!C(=O)\!-\!CH_3}
\mathrm{CH_3\!-\!C(=O)\!-\!C(H)=C(O^-)\!-\!CH_3}

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