Qual das seguintes moléculas são aromáticas? Caso não seja, explique o porquê.
Passo 1
O enunciado pede: decidir se a molécula dada pelo SMILES
é aromática ou não, e, se não for, explicar por quê. Informações do enunciado que vou usar: a fórmula em SMILES (copiada do enunciado) descreve um anel cíclico de seis átomos com duas nitrogênios e um carbono com carga positiva. O SMILES mostra ligações duplas alternadas ao longo do anel (há três ligações duplas ao longo do ciclo).
Passo 2
O que significa “ser aromático”? Vou explicar passo a passo os critérios que uma molécula precisa satisfazer para ser considerada aromática:
- Ser cíclica — os átomos envolvidos formam um anel fechado.
- Ser plana (ou suficientemente planar) — para permitir sobreposição dos orbitais p.
- Ter conjugação contínua de orbitais p ao redor do anel — isto é, cada átomo do anel deve ter um orbital p disponível para participar do sistema π.
- Satisfazer a regra de Hückel para o número de elétrons π: ter exatamente
elétrons , com inteiro ( ). Exemplos rápidos para fixar: benzeno tem elétrons ( ), é aromático; o cátion tropílio também tem elétrons e é aromático.
Passo 3
Verificando o critério cíclico e de conjugação para a molécula dada. A partir do SMILES (uso explicitamente o SMILES fornecido):
. Isso indica um anel de seis átomos com três ligações duplas alternadas — logo o anel é cíclico e há conjugação aparente (alternância simples/dupla que permite sobreposição de p). Agora analisar cada átomo quanto ao orbital p:
- Os nitrogênios aparecem como “=N” (ou seja, cada N está ligado por uma dupla a um vizinho). Esse tipo de N é análogo ao nitrogênio do piridina: é
, tem um orbital p participando da nuvem (ocupado pela ligação dupla) e possui um par eletrônico não ligante localizado em um orbital híbrizado que fica no plano do anel — esse par não participa do sistema . - O carbono com carga positiva
aparece sem hidrogênio(es) extras e com ligações duplas adjacentes — esse carbono é (tem um orbital p disponível) e sua carga positiva significa que não há um par de elétrons local ali, mas isso não impede que ele contribua com um orbital p vazio que participa da deslocalização π.
Portanto todos os seis átomos do anel têm um orbital p alinhado (ou uma ligação dupla que usa p), garantindo conjugação contínua e, presumivelmente, planicidade suficiente para a aromaticidade.
Passo 4
Contagem de elétrons
do sistema. Regras práticas para contar:
- Cada dupla ligação C=C ou C=N contém
elétrons (a ligação π). - Pares solitários (lone pairs) em átomos heteroátomos só contam se estiverem em orbitais p perpendiculares ao anel e efetivamente conjugados; no caso de nitrogênios tipo piridina (=
) o lone pair está em no plano e NÃO entra no sistema .
Aplicando isso à molécula: há exatamente três ligações duplas ao redor do anel, cada uma contribuindo comelétrons . Assim o total de elétrons é
Não há pares eletrônicos adicionais dos nitrogênios participando (estes pares estão em orbitais
no plano), e o carbono carregado positivamente não adiciona elétrons extras. Logo o total de elétrons
é
.
Passo 5
Aplicando a regra de Hückel: queremos ver se
se encaixa em
para algum inteiro
. Substituindo
:
Portanto o número de elétrons
da molécula satisfaz a condição de Hückel com
. Já verificamos conjugação contínua e planicidade plausível, então todos os critérios de aromaticidade estão satisfeitos. Observação útil: a presença da carga positiva num carbono não impede aromaticidade; de fato há inúmeros cátions aromáticos (ex.: cátion tropílio
).
Passo 6
Comparando com exemplos conhecidos para ficar seguro e fixar a ideia:
- Benzeno: 3 duplas →
elétrons → aromático. - Piridina: anel com um N=
e lone pair em (não participa) → também tem elétrons → aromático.
A molécula dada é essencialmente um análogo heterocíclico com duas piridina-like N e um C+ que participa da deslocalização π, totalizandoelétrons . Logo comportamento aromático esperado (estabilização por ressonância e deslocalização).
Resposta
A molécula é aromática.