Use a regra de Hückel e o diagrama de Frost para explicar porque o ciclooctatetraeno e o ciclobutadieno não são aromáticos enquanto o benzeno, o cátion tropílio e o ânion ciclopentadienil o são.

Passo 1

O enunciado pede para usar a regra de H"uckel e o diagrama de Frost para justificar por que o ciclooctatetraeno e o ciclobutadieno não são aromáticos, enquanto o benzeno, o c’ation trop’ilio e o ^anion ciclopentadienil s~ao arom’aticos. Vamos aplicar os crit’erios de aromaticidade (mol’ecula c’iclica, planar, conjugada e com n’umero adequado de el’etrons \pi) e construir o diagrama de Frost para cada caso, analisando como os el’etrons \pi preenchem os orbitais moleculares.

Passo 2

Regra de H"uckel: uma mol’ecula c’iclica, planar e totalmente conjugada \text{\'e}
\text{arom\'atica se tiver }4n+2\text{ el\'etrons }\pi,
\text{antiarom\'atica se tiver }4n\text{ el\'etrons }\pi.
Se ela n~ao for planar ou perder a conjugac~ao, mesmo tendo 4n el’etrons, torna-se n~ao arom’atica (n~ao h’a estabilidade especial).

Passo 3

Diagrama de Frost: desenha-se dentro de um círculo um polígono regular de N vértices (um por átomo com orbital p_z), com um vértice apontando para baixo. Cada vértice representa um orbital molecular e sua projeção vertical indica a energia relativa: vértices mais baixos \to orbitais mais ligados; mais altos \to anti
ligantes; no meio \to não ligados ou degenerados.

Passo 4

No hexágono com vértice para baixo formam-se seis orbitais: três abaixo e três simetricamente acima. São 6 elétrons \pi, que preenchem exatamente as três orbitais ligantes. Como isso fecha completamente o conjunto de orbitais ligantes e satisfaz 4n+2 (com n=1), o benzeno é aromático e muito estável.

Passo 5

No quadrado surgem quatro orbitais: um fortemente ligante, dois degenerados de energia média e um anti
ligante. Com 4 elétrons \pi (caso 4n com n=1), dois vão para o orbital ligante e dois ocupam os degenerados não ligados, ficando orbitais meio ocupados. Isso gera instabilidade, antiaromaticidade e costuma provocar distorção ou reação rápida.

Passo 6

No octógono há oito orbitais em vários níveis, incluindo degenerados não ligantes no meio. São 8 elétrons \pi, mais uma vez 4n com n=2, o que, se plano, daria antiaromaticidade (orbitais parcialmente ocupados). Para escapar dessa instabilidade, a molécula se dobra (perde planaridade e conjugação completa) e torna-se não aromática.

Passo 7

O heptágono de Frost gera sete orbitais; ao formar o cátion, resta um total de 6 elétrons \pi. Esses 6 elétrons preenchem perfeitamente as três orbitais ligantes (níveis mais baixos), deixando as degeneradas livres. Satisfazendo 4n+2 com n=1, o cátion tropílio é aromático e estabilizado.

Passo 8

No pentágono há cinco orbitais; ao receber um elétron extra, totalizam-se 6 elétrons \pi. Esses elétrons fecham as duas orbitais ligantes e o orbital não ligado degenerado de baixo, formando um sistema (4n+2) com n=1. A estrutura planar e conjugada torna-o aromático.

Resposta

O benzeno, o cátion tropílio e o ânion ciclopentadienil têm 4n+2 elétrons \pi e, segundo o diagrama de Frost, preenchem completamente apenas orbitais ligantes, conferindo-lhes aromatização. Já o ciclobutadieno e o ciclooctatetraeno têm 4n elétrons \pi; se mantivessem a planaridade e conjugação, seriam antiaromáticos (orbitais meio ocupados) e instáveis — o ciclobutadieno reage ou distorce, e o ciclooctatetraeno dobra-se para perder conjugação, tornando-se não aromático.

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