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
) e construir o diagrama de Frost para cada caso, analisando como os el’etrons
preenchem os orbitais moleculares.
Passo 2
Regra de H"uckel: uma mol’ecula c’iclica, planar e totalmente conjugada
Se ela n~ao for planar ou perder a conjugac~ao, mesmo tendo
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
vértices (um por átomo com orbital
), com um vértice apontando para baixo. Cada vértice representa um orbital molecular e sua projeção vertical indica a energia relativa: vértices mais baixos
orbitais mais ligados; mais altos
anti
ligantes; no meio não ligados ou degenerados.
ligantes; no meio
Passo 4
No hexágono com vértice para baixo formam-se seis orbitais: três abaixo e três simetricamente acima. São
elétrons
, que preenchem exatamente as três orbitais ligantes. Como isso fecha completamente o conjunto de orbitais ligantes e satisfaz
(com
), 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 elétrons
(caso
com
), 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.
ligante. Com
Passo 6
No octógono há oito orbitais em vários níveis, incluindo degenerados não ligantes no meio. São
elétrons
, mais uma vez
com
, 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
elétrons
. Esses
elétrons preenchem perfeitamente as três orbitais ligantes (níveis mais baixos), deixando as degeneradas livres. Satisfazendo
com
, o cátion tropílio é aromático e estabilizado.
Passo 8
No pentágono há cinco orbitais; ao receber um elétron extra, totalizam-se
elétrons
. Esses elétrons fecham as duas orbitais ligantes e o orbital não ligado degenerado de baixo, formando um sistema
com
. A estrutura planar e conjugada torna-o aromático.
Resposta
O benzeno, o cátion tropílio e o ânion ciclopentadienil têm
elétrons
e, segundo o diagrama de Frost, preenchem completamente apenas orbitais ligantes, conferindo-lhes aromatização. Já o ciclobutadieno e o ciclooctatetraeno têm
elétrons
; 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.