Uma substância X, cuja fórmula molecular é \mathrm{C}_{7} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}, 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 X, 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

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e pede três coisas:
  • Informação dada: a substância X tem fórmula molecular \mathrm{C}_{7}\mathrm{H}_{6}\mathrm{O}, é um aldeído e a carbonila está ligada a um anel aromático.
  • Perguntas:
    (a) Desenhar a estrutura bastão de X, 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 \mathrm{C}_{7}\mathrm{H}_{6}\mathrm{O}.
  • Um anel aromático típico (anel benzênico) é \mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{5}-. Se a função aldeído é -\mathrm{CHO}, juntar dá \mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{5}\mathrm{CHO}.
  • Verificação rápida da fórmula: o grupo \mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{5} tem 6 carbonos e 5 hidrogênios; somando o carbono e o hidrogênio do grupo \mathrm{CHO} obtém-se \mathrm{C}_{7}\mathrm{H}_{6}\mathrm{O}. Logo o composto é o benzaldeído (fórmula usual \mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{5}\mathrm{CHO} ou \mathrm{Ph{-}CHO}).
  • Portanto X = 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 -\mathrm{C(=O)H}.
  • Em notação curta: \mathrm{Ph{-}CHO} ou \mathrm{C_{6}H_{5}-C(=O)H}.
  • No detalhe do grupo aldeído: o carbono da carbonila está ligado ao anel (ipso), ligado por dupla ligação a \mathrm{O} e ligado por simples a \mathrm{H}. Esquematicamente, no vértice escolhido do anel coloque: -\mathrm{C(=O)H} onde a ligação \mathrm{C=O} é dupla e a \mathrm{C-H} 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 \mathrm{O} (ou dois traços curtos que simbolizem os pares).
  • Resumo visual (texto): desenhar anel benzênico — na posição de substituição anexar -\!C(=O)H — 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 \mathrm{sp^{2}}. Isso significa que cada carbono tem três orbitais híbridos \mathrm{sp^{2}} no mesmo plano, formando ângulos aproximados de 120^\circ, e um orbital p perpendicular ao plano que participa do sistema \pi aromático.
  • Carbono da carbonila (o \mathrm{C} do -\mathrm{CHO}): também é \mathrm{sp^{2}}. Tem três zonas de densidade eletrônica (ligação ao anel, ligação \sigma ao \mathrm{H}, e a ligação \sigma ao \mathrm{O}), formando um centro trigonal planar com ângulos próximos de 120^\circ.
  • Oxigênio da carbonila: é aproximadamente \mathrm{sp^{2}}. Ele participa da ligação \pi (usando um orbital p) e tem dois pares não ligantes ocupando os orbitais híbridos \mathrm{sp^{2}}.
  • Conclusão geométrica local: tanto o anel quanto o centro carbonila são trigonal-plana localmente, com orbitais p alinhados para permitir sobreposição \pi.
  • Consequência: a geometria do grupo -\mathrm{CHO} ligada ao anel favorece que o plano do grupo carbonila coincida com o plano do anel para máxima sobreposição \pi (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 \mathrm{sp^{2}} e o sistema \pi do anel pode se conjugar com a dupla ligação \mathrm{C=O}. Para que a sobreposição entre os orbitais p do anel e o orbital p 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 \pi — isso “puxa” a posição do grupo -\mathrm{CHO} 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 \pi e das cargas, não na posição dos núcleos.
  • Regras básicas: apenas elétrons \pi ou pares não ligantes podem se mover por setas curvas; não se movem os átomos.
  • No benzaldeído existe conjugação entre o sistema \pi do anel e a dupla ligação \mathrm{C=O}. Assim, elétrons \pi do anel podem “empurrar-se” em direção à carbonila, e o par de elétrons \pi 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 \mathrm{C=O}:
    \displaystyle \mathrm{Ph{-}C(=O)H}.
  • Primeiro contribuinte de ressonância relevante (mobile electrons do anel para a carbonila):
    • Fluxo de elétrons: uma seta curva sai de uma ligação \pi 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 \pi da carbonila ( \mathrm{C=O}) apontando para o oxigênio, transformando a \mathrm{C=O} em \mathrm{C{-}O^{-}}.
    • Resultado dessa movimentação: oxigênio com carga negativa ( \mathrm{O}^{-}); 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).
  • Representação simplificada das duas formas e a seta de ressonância (usando simbologia de cargas): \mathrm{Ph{-}C(=O)H} \\ \rightleftharpoons\\ \mathrm{[Ph^{+}-C(-O^{-})H]}
    • Aqui \mathrm{Ph^{+}} representa o anel com deficiência eletrônica (carga positiva) distribuída por ressonância nas posições orto e para.
  • 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):
    1. seta curva da ligação \pi do anel (ligação dupla imediatamente adjacente ao carbono ipso) para formar uma ligação com o carbono carbonílico;
    2. seta curva da ligação \pi da carbonila indo para o oxigênio, formando \mathrm{O}^{-}.
  • Observação de estabilidade: a forma com \mathrm{O}^{-} 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 -\mathrm{CHO}).

Resposta

(a) \mathrm{Ph{-}CHO} (benzaldeído): anel benzênico ligado a -\mathrm{C(=O)H}; 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 \mathrm{sp^{2}}, de modo que os orbitais p se sobrepõem (conjugação \pi), favorecendo uma conformação coplanar.
(c) Uma estrutura de ressonância possível (mostrando fluxo de elétrons):
\displaystyle \mathrm{Ph{-}C(=O)H}\\ \rightleftharpoons\\ \mathrm{[Ph^{+}-C(-O^{-})H]},
com o fluxo de elétrons indicado por setas curvas: uma seta da ligação \pi do anel para a ligação entre o anel e o \mathrm{C} carbonílico; outra seta da ligação \pi da carbonila para o \mathrm{O}, gerando \mathrm{O}^{-} e carga positiva delocalizada no anel.

Exercícios relacionados