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 as moléculas indicadas, usando setas curvas (movimento de elétrons) e atribuindo as cargas formais. As moléculas indicadas são:
- A molécula dada pelo SMILES
. Vou escrever explicitamente a fórmula como (divinil éter / divinyl ether). - A molécula mostrada na imagem. Eu peguei da imagem que se trata do cátion guanidínio (produto de protonação da guanidina), isto é, o sistema com um carbono central ligado a três nitrogênios, com carga positiva delocalizada (o conhecido íon guanidínio). Vou representar esse íon por uma fórmula útil para ressonância:
(protonado, com a carga positiva delocalizada entre os nitrogênios).
Passo 2
Breve revisão didática sobre o que vamos fazer (como estudar ressonância num exercício de prova):
- Ressonância significa que a verdadeira distribuição eletrônica é uma mistura (híbrido) de várias estruturas canônicas. As estruturas canônicas (formas de ressonância) são desenhadas movendo pares de elétrons (lone pairs ou elétrons π) com setas curvas de forma que obedecem às regras de conservação de elétrons e às valências atômicas.
- Como desenhar setas curvas: a ponta da seta sai de um par de elétrons (um lone pair, mostrado como dois pontos) ou de uma ligação π (seta saindo da linha da ligação) e aponta para onde esses elétrons vão (formar uma nova ligação ou formar um lone pair em outro átomo).
- Como calcular carga formal: para um átomo,
. Vou usar isso para justificar sinais e .
Agora aplicamos isso às duas moléculas, passo a passo.
Passo 3
Molécula 1:
(divinil éter). Identificação dos átomos relevantes e do ponto de conjugação:
- Rotulo rápido: escrevo os carbonos como
. - O oxigênio tem dois pares não-ligantes (lone pairs) e ligações simples a
e . - Temos um sistema conjugado parcial porque os C=C estão próximos ao oxigênio; o lone pair do oxigênio pode se delocalizar para formar ligação dupla com um dos carbonos adjacentes.
Passo 4
Forma canônica principal (forma neutra, ponto de partida):
- Representação:
com oxigênio neutro (dois lone pairs), todas as ligações mostradas como no esqueleto. Todas as cargas formais são zero aqui. - Essa é a forma que normalmente desenhamos primeiro (nenhuma carga formal, todos octetos satisfeitos).
Passo 5
Primeira forma de ressonância (oxigênio doa um lone pair ao C2):
- Movimento de elétrons (descrição da seta curva):
- seta curva partindo de um lone pair do oxigênio para o traço entre
e , indicando formação de uma ligação dupla ; - simultaneamente, seta curva do par π da ligação
para o átomo , indicando que aquele par π vai se tornar um lone pair em .
- seta curva partindo de um lone pair do oxigênio para o traço entre
- Resultado estrutural: temos uma ligação dupla
, a ligação entre e vira simples, e recebe um par isolado (ficando com carga negativa). - Cargas formais (calculo e explicação):
- Oxigênio: perdeu um lone pair para formar mais uma ligação; agora tem 1 lone pair (2e) e 3 ligações. Formalmente:
. Logo . -
: ganhou um lone pair (par extra) e tem agora um par não-ligante; formalmente ficará com carga (carbaníon): (ou ver intuitivamente como um carbono com um par isolado).
- Oxigênio: perdeu um lone pair para formar mais uma ligação; agora tem 1 lone pair (2e) e 3 ligações. Formalmente:
- Escrevendo a forma:
. - Observação didática: essa forma é uma forma zwitteriônica (tem cargas opostas localizadas). Ela é importante porque mostra que o oxigênio pode estabilizar carga negativa adjacente por delocalização.
Passo 6
Segunda forma de ressonância análoga (oxigênio doa um lone pair ao
, movendo elétrons no outro lado):
- Movimento de elétrons:
- seta curva de um lone pair do oxigênio para o traço entre
e , formando ; - seta curva do par π da ligação
para o átomo , formando um lone pair em .
- seta curva de um lone pair do oxigênio para o traço entre
- Resultado estrutural:
. - Cargas formais:
- novamente
(mesma contagem: 1 lone pair e 3 ligações → +1), -
(carbaníon no outro extremo).
- novamente
- Observação: as duas formas zwitteriônicas (com negativo em
ou em ) são equivalentes por simetria da molécula; a real distribuição eletrônica é um híbrido entre a forma neutra e essas duas formas com carga separada.
Passo 7
Resumo didático para
:
- Formas canônicas significativas:
- forma neutra:
(todas cargas zero); - forma zwitteriônica esquerda:
(descrita no Passo 5); - forma zwitteriônica direita:
(descrita no Passo 6).
- forma neutra:
- Como usar isso na prova: desenhe sempre a forma neutra e as duas formas com o oxigênio positivado e um carbono terminal negativado; indique as setas curvas conforme descrevi (lone pair do O → O–C; π do C=C → carbono terminal). Calcule formalmente as cargas como mostrado.
Passo 8
Molécula 2: íon guanidínio (extração da imagem; vou trabalhar com a representação generalizada
). Identificação:
- O íon guanidínio tem um carbono central ligado a três nitrogênios (planares) e uma carga positiva que é estabilizada por ressonância entre os três nitrogênios.
- Objetivo: desenhar as formas de ressonância que mostram a delocalização da carga positiva entre os três N.
Passo 9
Forma canônica típica e movimento de elétrons (uma das três formas equivalentes):
- Começo com uma forma em que um dos nitrogênios está double-bonded ao carbono (por exemplo, o “N topo” com ligação dupla
) e os outros dois nitrogênios estão ligados por ligações simples e cada um tem um lone pair (e cada nitrogênio secundário tem dois H para completar). - Movimento de elétrons para gerar outra forma:
- seta curva do lone pair de um dos nitrogênios ligados por simples
para formar uma ligação dupla com o carbono (ou seja, lone pair ); - seta curva do par π da ligação
existente para o nitrogênio que tinha inicialmente a dupla, convertendo esse em um com lone pair (e assim mudando onde a carga positiva aparece).
- seta curva do lone pair de um dos nitrogênios ligados por simples
- Resultado: a dupla ligação migra para outro N, e a carga positiva (formal) aparece no nitrogênio que ficou com quatro ligações (ou melhor: a estrutura canônica que mostra o nitrogênio que perdeu seu lone pair para formar ligação dupla passa a ter traço positivo dependendo da contagem).
- Cálculo de cargas formais (explicação simples):
- Em uma forma canônica, o nitrogênio que está ligado ao carbono por ligação dupla e tem dois H (ou em geral três ligações e nenhum lone pair) aparece com carga formal
. Os outros dois nitrogênios (com lone pairs) aparecem neutros. - Nas três formas, cada nitrogênio, por sua vez, pode ser o que está double-bonded e portanto portar o caráter positivo naquela forma. Assim a carga positiva está deslocalizada por ressonância entre os três nitrogênios.
- Em uma forma canônica, o nitrogênio que está ligado ao carbono por ligação dupla e tem dois H (ou em geral três ligações e nenhum lone pair) aparece com carga formal
Passo 10
Desenho das três formas equivalentes do íon guanidínio (descrição breve):
- Forma A: dupla
, e , ligados por simples com seus lone pairs; formalmente (quando apropriado mostrar ). - Forma B: dupla
, e , com lone pairs; agora . - Forma C: dupla
; agora . - Em cada forma, o carbono central permanece com carga formal zero; os nitrogênios que não estão em dupla têm um lone pair e carga formal zero; o nitrogênio que está na ligação dupla (na forma que o mostra) aparece com carga formal positiva.
- Observação didática: é comum representar o íon guanidínio ao final como um triângulo plano com uma carga positiva delocalizada (ou um círculo de ressonância), porque todas as formas são equivalentes e contribuem igualmente para o híbrido real.
Passo 11
Como justificar no exame (passo-a-passo prático que você pode escrever):
- Para
: desenhe a forma neutra; então desenhe as duas formas zwitteriônicas mostrando claramente as setas curvas (lone pair do O → O–C; π do C=C → C terminal). Coloque os sinais em e no carbono terminal correspondente. - Para o íon guanidínio: desenhe uma forma com uma dupla
e os outros dois com lone pairs; então mostre a seta do lone pair de um N para formar e simultaneamente a seta do par π da existente indo para o N original. Repita para as três posições para mostrar as três formas equivalentes. Escreva as cargas formais (cada forma tem um diferente). - Sempre calcule formalmente as cargas com a fórmula indicada se tiver dúvida, e cheque que o número total de elétrons e a carga total do sistema se conservam.
Resposta
Para
: formas canônicas: (i) forma neutra
; (ii) forma zwitteriônica esquerda
(seta: lone pair de
→ ligação
; π de
→
); (iii) forma zwitteriônica direita
(análogo do outro lado).
Para o íon guanidínio (da imagem): três formas equivalentes de ressonância — (A)
dupla com
e
neutros com lone pairs; (B)
dupla com
e
neutros; (C)
dupla com
e
neutros (setas curvas: lone pair de um
→
, e π de
→
original).