Uma substância X, cuja fórmula molecular é
, é descrita como sendo um aldeído, onde sua carbonila está ligada a um anel aromático. Baseado nestas informações, faça o que se pede:
a) Desenhe a estrutura bastão da substância
, respeitando a geometria da molécula e, caso houver, indicando seus pares de elétrons não ligantes.
b) Esta estrutura é plana? Justifique sua resposta.
c) Desenhe uma estrutura de ressonância possível para esta molécula, indicando o fluxo de elétrons
a) Desenhe a estrutura bastão da substância
b) Esta estrutura é plana? Justifique sua resposta.
c) Desenhe uma estrutura de ressonância possível para esta molécula, indicando o fluxo de elétrons
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e pede três coisas:
- Informação dada: a substância
tem fórmula molecular , é um aldeído e a carbonila está ligada a um anel aromático. - Perguntas:
(a) Desenhar a estrutura bastão de, respeitando a geometria e indicando, se houver, pares de elétrons não ligantes.
(b) Dizer se a estrutura é plana e justificar.
(c) Desenhar uma estrutura de ressonância possível para a molécula, indicando o fluxo de elétrons.
Passo 2
Identificar qual composto corresponde às informações: um aldeído ligado a um anel aromático com fórmula
.
- Um anel aromático típico (anel benzênico) é
. Se a função aldeído é , juntar dá . - Verificação rápida da fórmula: o grupo
tem 6 carbonos e 5 hidrogênios; somando o carbono e o hidrogênio do grupo obtém-se . Logo o composto é o benzaldeído (fórmula usual ou ). - Portanto
= benzaldeído.
Passo 3
Desenho em “palavras” (como desenhar o bastão) e indicação dos pares não ligantes:
- Estrutura bastão (esquema para traçar): desenha um hexágono regular (anel benzênico) com ligações alternadas (ou o círculo aromático). Em um dos vértices (o ipso) substitui o hidrogênio por um grupo
. - Em notação curta:
ou . - No detalhe do grupo aldeído: o carbono da carbonila está ligado ao anel (ipso), ligado por dupla ligação a
e ligado por simples a . Esquematicamente, no vértice escolhido do anel coloque: onde a ligação é dupla e a é simples. - Pares não ligantes: o oxigênio da carbonila possui dois pares de elétrons não ligantes. Para indicar ao desenhar: coloque dois pares de pontos ao redor do átomo
(ou dois traços curtos que simbolizem os pares). - Resumo visual (texto): desenhar anel benzênico — na posição de substituição anexar
— no oxigênio colocar dois pares de elétrons e no carbono aldeído um H ligado.
Passo 4
Geometria local (hipridização e ângulos) — por que desenhar assim e o que isso implica geometricamente:
- Carbonos do anel benzênico: cada carbono do anel é
. Isso significa que cada carbono tem três orbitais híbridos no mesmo plano, formando ângulos aproximados de , e um orbital perpendicular ao plano que participa do sistema aromático. - Carbono da carbonila (o
do ): também é . Tem três zonas de densidade eletrônica (ligação ao anel, ligação ao , e a ligação ao ), formando um centro trigonal planar com ângulos próximos de . - Oxigênio da carbonila: é aproximadamente
. Ele participa da ligação (usando um orbital ) e tem dois pares não ligantes ocupando os orbitais híbridos . - Conclusão geométrica local: tanto o anel quanto o centro carbonila são trigonal-plana localmente, com orbitais
alinhados para permitir sobreposição . - Consequência: a geometria do grupo
ligada ao anel favorece que o plano do grupo carbonila coincida com o plano do anel para máxima sobreposição (conjugação). Por isso espera-se que, globalmente, a região do anel e do substituinte aldeído sejam coplanares.
Passo 5
Explicação didática sobre planicidade (resposta à parte b) com justificativa clara e sem pular etapas:
- O que significa ser “plana” aqui: todos os átomos relevantes (os seis do anel, o carbono carbonílico, o oxigênio e o hidrogênio do aldeído) têm seus centros nucleares praticamente no mesmo plano ou muito próximos dele.
- Por que ocorre isso? Porque os centros envolvidos são
e o sistema do anel pode se conjugar com a dupla ligação . Para que a sobreposição entre os orbitais do anel e o orbital do carbono carbonílico seja eficaz, esses orbitais têm de estar no mesmo plano (ou seja, os átomos envolvidos devem ser coplanares). - Importante: conjugação estabiliza a molécula; energia é minimizada quando há boa sobreposição
— isso “puxa” a posição do grupo para ficar no plano do anel. - Resultado prático: o benzaldeído é essencialmente plano (a pequena rotação do grupo aldeído é desfavorecida). Em condições normais considera-se a molécula planar devido à conjugação entre anel aromático e carbonila.
Passo 6
Conceitos necessários para entender a ressonância (rápido mini-aula):
- Ressonância = representação da mesma molécula por várias estruturas limite (contribuintes) que diferem na distribuição dos elétrons
e das cargas, não na posição dos núcleos. - Regras básicas: apenas elétrons
ou pares não ligantes podem se mover por setas curvas; não se movem os átomos. - No benzaldeído existe conjugação entre o sistema
do anel e a dupla ligação . Assim, elétrons do anel podem “empurrar-se” em direção à carbonila, e o par de elétrons da carbonila pode deslocar-se sobre o oxigênio, gerando um oxigênio com carga negativa parcial em uma estrutura limite e uma carga positiva parcial na região do anel em outra estrutura limite.
Passo 7
Desenho e explicação passo a passo de uma estrutura de ressonância e indicação do fluxo de elétrons (parte c):
- Forma principal (contribuinte maior): a estrutura usual com anel aromático intacto e carbonila
:
. - Primeiro contribuinte de ressonância relevante (mobile electrons do anel para a carbonila):
- Fluxo de elétrons: uma seta curva sai de uma ligação
do anel (a ligação dupla orto ao substituinte) em direção à ligação entre o carbono do anel (ipso) e o carbono carbonílico, formando uma nova ligação dupla entre esse átomo do anel e o carbono carbonílico; - Simultaneamente uma seta curva sai da ligação
da carbonila ( ) apontando para o oxigênio, transformando a em . - Resultado dessa movimentação: oxigênio com carga negativa (
); o anel perde densidade eletrônica e aparece uma carga positiva sobre um carbono do anel (normalmente delocalizada nas posições orto e para relativas ao substituinte).
- Fluxo de elétrons: uma seta curva sai de uma ligação
- Representação simplificada das duas formas e a seta de ressonância (usando simbologia de cargas):
- Aqui
representa o anel com deficiência eletrônica (carga positiva) distribuída por ressonância nas posições orto e para.
- Aqui
- Contribuintes adicionais: a carga positiva no anel pode ser deslocada por mais estruturas limite, colocando o sinal
em diferentes carbonos do anel (orto e para) — ou seja, há múltiplas estruturas de ressonância em que a carga positiva aparece em diferentes carbonos do anel, sempre com o oxigênio carregado negativamente. - Indicação clara do fluxo de elétrons (em palavras, como desenhar as setas curvas ao fazer o esboço):
- seta curva da ligação
do anel (ligação dupla imediatamente adjacente ao carbono ipso) para formar uma ligação com o carbono carbonílico; - seta curva da ligação
da carbonila indo para o oxigênio, formando .
- seta curva da ligação
- Observação de estabilidade: a forma com
e carga positiva no anel é um contribuinte importante mas menos estável que a forma neutra (porque separar cargas custa energia); ainda assim é relevante para explicar propriedades eletrofílicas do anel (por exemplo, o anel fica menos reativo a eletrofílicos que um tolueno, por causa do efeito retirador do grupo ).
Resposta
(a)
(benzaldeído): anel benzênico ligado a
; oxigênio da carbonila com dois pares não ligantes.
(b) Sim. A molécula é essencialmente plana porque os carbonos do anel e o carbono carbonílico são , de modo que os orbitais
se sobrepõem (conjugação
), favorecendo uma conformação coplanar.
(c) Uma estrutura de ressonância possível (mostrando fluxo de elétrons):
,
com o fluxo de elétrons indicado por setas curvas: uma seta da ligação do anel para a ligação entre o anel e o
carbonílico; outra seta da ligação
da carbonila para o
, gerando
e carga positiva delocalizada no anel.
(b) Sim. A molécula é essencialmente plana porque os carbonos do anel e o carbono carbonílico são
(c) Uma estrutura de ressonância possível (mostrando fluxo de elétrons):
com o fluxo de elétrons indicado por setas curvas: uma seta da ligação