Estabilidade dos compostos aromáticos IV

RKA6GM - Aqui temos uma molécula de ciclopentadieno, vamos analisá-la para ver se ela satisfaz os critérios para ser aromática. Começaremos com o critério 1: ela tem um anel de sobreposição contínua de orbitais "p"? Bem, se analisarmos estes carbonos aqui, este carbono tem ligação dupla, tendo hibridização sp2, portanto, tem um orbital "p" livre. O mesmo vale para este, para estes dois aqui. Estes 4 carbonos têm hibridização sp2. Já este outro aqui, no entanto, apresenta hibridização sp3. Isso é algo mais fácil de ver se eu desenhar alguns hidrogênios ali. Já que este carbono faz 4 ligações simples, ele tem hibridização sp3, o que significa que ele não tem nenhum orbital "p". Por isso, o ciclopentadieno não é aromático. Ele viola o critério 1, não contém um anel de sobreposição contínua de orbitais "p". Já que ele viola o critério 1, podemos dizer que o ciclopentadieno não é aromático. Não precisamos nem nos preocupar com o critério 2, ele não satisfez o critério 1 para ser aromático. Contudo, o ciclopentadieno tem uma propriedade interessante, é extremamente ácido para um hidrocarboneto, tem um pKa 16, para um dos dois prótons que eu desenhei em amarelo. Deve ter algum tipo de estabilidade associada à base conjugada para que o ciclopentadieno seja tão ácido. Se pensarmos em uma base surgindo, um par de elétrons livres, uma carga negativa, uma base genérica irá pegar este próton aqui, deixando estes dois elétrons no carbono do topo. Se desenharmos a estrutura da base conjugada, temos os nossos elétrons pi aqui. Temos agora um par de elétrons livres no carbono do topo, o que faz com que isso tenha uma carga negativa. Aqui temos a base conjugada, deve haver algum tipo de estabilidade associada com a base conjugada, por causa do fato do ciclopentadieno ser tão ácido. Lembre-se: quanto mais estável for a base conjugada, mais ácido é o composto. No caso, essa extraestabilidade é associada ao fato de que o íon é aromático. Pode não parecer, pois se nós olharmos para o carbono do topo, esse carbono ainda parece ter hibridização sp3, pelo fato dele ser um carbocátion. Contudo, aquele par de elétrons livres pode participar da ressonância. Se pegarmos este par de elétrons livres e movê-lo para cá, isso irá mandar esses elétrons aqui para este carbono. Podemos desenhar uma estrutura de ressonância possível para isso, vou desenhá-la e mostrar que esses dois elétrons foram movidos agora para cá. Esses elétrons estão agora neste carbono aqui, isso resulta em uma carga formal de -1. Temos estes elétrons pi, aqui, assim. Agora, se analisarmos o carbono do topo, veremos que, na verdade, ele apresenta hibridização sp2. Na estrutura de ressonância, ele parece ter hibridização sp2. Este par livre de elétrons aqui, em magenta, está agora ocupando o orbital "p", pois ele está participando da ressonância. Na verdade, há outras estruturas de ressonância que você poderia desenhar. Não faremos isso neste vídeo, aqui estou tentando mostrar que estes elétrons em magenta, o par de elétrons livres em magenta participa da ressonância. Aquele par de elétrons livres está deslocalizado ocupando o orbital "p" no anel. Agora, nós temos um anel de sobreposição contínua de orbitais "p". Aqui, à esquerda, nós já tínhamos dito que estes carbonos têm hibridização sp2. Se você pensar nestas estruturas de ressonância, pode tornar todos os carbonos do anel em carbonos sp2 e, assim, satisfazer o critério 1. Você terá um anel contínuo de sobreposição de orbitais "p". Vamos analisar este ânion um pouco mais, usando o nosso círculo de Frost. Vou esboçá-lo, considerando que este é o nosso ânion, com uma carga formal negativa de -1. Ao olhar para os elétrons pi nesta molécula, eu irei usar esta cor aqui. Aqui estão dois elétrons pi e, então, 4 elétrons pi. Vimos que este par de elétrons livres participa da ressonância. Esse par de elétrons livres ocupa um orbital "p". Esses elétrons são elétrons pi agora. Temos um total de 6 elétrons pi neste ânion. Vimos que todos estes carbonos aqui apresentam hibridização sp2 nas estruturas de ressonância. Assim, cada um deles terá um orbital "p". Posso agora esboçar um orbital "p" neste diagrama. Temos 5 carbonos no anel, cada carbono tem um orbital "p". Assim, temos 5 orbitais "p" no anel. Veja que esses orbitais "p" no anel podem se sobrepor para deslocalizar aqueles elétrons. Essa sobreposição de orbitais "p" satisfaz o nosso critério 1, há um anel de sobreposição contínua de orbitais "p". Tenho um total de 5 orbitais "p". Sei que esses orbitais "p" são orbitais atômicos. De acordo com a teoria OM, 5 orbitais atômicos irão se combinar para fornecer 5 orbitais moleculares. Posso representar esses orbitais moleculares em termos de energia nos meus círculos de Frost. Vou desenhar esta linha aqui. Ao desenhar o círculo de Frost, lembre-se sempre de começar por nossa extremidade. Um anel de 5 átomos, significa que irei tentar inscrever um polígono de 5 lados no meu círculo. Vou tentar desenhar um pentágono aqui, vamos ver se eu consigo. Vamos colocar aquelas linhas ali. E aí, você pode ver que, aqui está o meu pentágono inscrito no meu círculo. Novamente, o importante é onde fica a intersecção do polígono com esse círculo. Isso representa o nível de energia dos meus orbitais moleculares. Como você pode ver, eu terei 3 orbitais moleculares ligantes, os que estão abaixo da linha, e 2 orbitais antiligantes. Preciso preencher os meus orbitais moleculares com 6 elétrons pi. Colocarei os elétrons deste jeito. Preenchi os meus orbitais moleculares analogamente ao preenchimento de uma camada de valência. Temos o critério 2: a regra de Huckel. Tenho 4n + 2 elétrons pi. Podemos ver no diagrama de energia os 2 elétrons da equação, 4 vezes 1, "n" é igual a 1 aqui, e isso me dá um total de 6 elétrons pi. Esse íon satisfaz ambos os critérios: contém um anel de sobreposição contínua de orbitais "p", possui também 4n + 2 elétrons pi no anel. Essa base conjugada aqui em cima é estável, pois é um ânion aromático, que é o motivo para um valor tão baixo de pKa para o ciclopentadieno. Embora o próprio ciclopentadieno não seja aromático. Este íon aqui é aromático, o que explica a estabilidade. Vamos analisar mais um íon aqui. Aqui temos o carbocátion cicloheptatrieno. Ao procurarmos elétrons pi aqui, eu tenho 2, 4, 6, um total de 6 elétrons pi no íon. Ao procurar os carbonos sp2, carbonos que tenham ligação dupla, todos têm hibridização sp2. O meu carbocátion aqui, neste carbono, também tem hibridização sp2. Todos os 7 carbonos apresentam hibridização sp2, o que quer dizer que cada um deles tem um orbital "p". Fica um pouco mais difícil de esboçá-los aqui, perceba que cada um dos meus 7 carbonos tem orbital um "p", o que torna relativamente fácil para esses orbitais sobreporem-se no anel, para deslocalizar aqueles elétrons pi. Assim, o criterio 1 foi satisfeito, tem um anel de sobreposição contínua de orbitais "p" aqui. Um total de 7 orbitais "p", 7 orbitais atômicos. Novamente, esses 7 orbitais atômicos fornecem 7 orbitais moleculares, que eu posso representar usando o meu círculo de Frost. Vou até o meu círculo de Frost e desenho a linha que divide os orbitais moleculares ligantes dos não ligantes. Já tenho um anel de 7 átomos, tentarei esboçar um polígono de 7 lados dentro do meu círculo. Esse é provavelmente um dos mais difíceis de desenhar aqui. Vamos ver se conseguimos fazer algo que se aproxime a uma figura de 7 lados dentro do meu círculo. Algo assim. Isso me dá uma figura de 7 lados. Novamente, o que mais importa são os pontos de intersecção, pois ele representa o nível de energia dos meus orbitais moleculares. Agora, fica fácil de ver que temos 3 orbitais moleculares ligantes e 4 orbitais moleculares antiligantes. Iremos preencher o nosso diagrama com os nossos 6 elétrons pi. Novamente, irei preencher primeiro os orbitais de menor energia e, assim, se vão os nossos 6 elétrons pi. Veja que preenchemos todos os nossos orbitais moleculares ligantes. Aí está a extraestabilidade que vem junto com o íon, que é aromático, "n" é igual a 1, 4 vezes "n" é igual a 4, somado a 2, resulta em um total de 6 elétrons pi. Ambos os critérios foram satisfeitos: temos um anel de contínua sobreposição de orbitais "p", que está aqui. À esquerda, está o que satisfez o nosso primeiro critério. E este é o nosso anel. Temos também 4n + 2 elétrons pi. Concluímos que o cátion cicloheptatrieno é aromático, esse é um cátion aromático. Podemos esperar que certa extraestabilidade seja associada a ele.