Conjugação e cor

RKA8JV - A maioria das moléculas orgânicas não possui cor, e um bom exemplo disso é o nosso eteno, ou então o nosso etileno. Este composto tem 2 carbonos, estes 2 carbonos aqui, que são sp² hibridizado, e cada um dos carbonos tem um orbital "p". Nós temos aqui 2 orbitais atômicos, e estes 2 orbitais atômicos vão se combinar para formar 2 orbitais moleculares, ou seja, um orbital molecular de ligação e um orbital molecular antiligante. Nós sabemos que o orbital molecular de ligação é o orbital que tem menor energia, ou seja, este orbital aqui. Este orbital aqui de cima, que é o orbital antiligante, é o orbital que tem maior energia. E lembre-se que nosso composto tem 2 elétrons π aqui, e esses elétrons são estes elétrons aqui que estão nos orbitais moleculares de ligação. Lembre-se que o orbital de baixo é o orbital mais ocupado, então, eu posso escrever OMO para orbital molecular mais ocupado, e eu vou colocar isso aqui, porque este orbital aqui é o orbital mais ocupado e este é o orbital aqui de cima é o orbital mais desocupado, então, eu posso colocar OMD para ele. Lembre-se que há uma diferença de energia entre estes orbitais e a energia corresponde a um comprimento de onda de luz, ou seja, a energia que eu vou colocar aqui é igual à constante de Planck, que eu vou chamar "h'', vezes a velocidade da luz, que é "c", dividido pelo comprimento da onda. E aí eu posso dizer, que energia e comprimento de onda são inversamente proporcionais, ou seja, uma certa quantidade de energia corresponde a uma certa quantidade inversa de comprimento de onda. Então, esta diferença de energia aqui, entre OMO e OMD corresponde a um determinado comprimento de onda de luz, e esse comprimento de onda acaba por ser aproximadamente 171 nm. Então, nosso eteno absorve a energia da luz com comprimento de onda de 171 nm, que corresponde à quantidade de energia adequada entre OMO e OMD. Essa energia faz com que um destes elétrons aqui saltem para este orbital aqui, e aí nós temos o estado de transição, ou seja, os elétrons π, um dos elétrons π, vai transitar para o π*. Nós conversamos sobre estados de transição no primeiro vídeo. Então, certifique-se de assistir esse vídeo antes de continuar esta aula. Então, o que acontece com o eteno é que ele absorve a luz com um comprimento de onda de aproximadamente 171 nm. E agora vamos falar sobre este 1,3-butadieno aqui. Ele tem 4 carbonos, estes 4 carbonos aqui, e cada um desses carbonos é sp² hibridizado. E aí nós temos 4 orbitais "p", ou seja, 4 orbitais atômicos, e esses 4 orbitais vão se combinar para formar 4 orbitais moleculares, que são 2 de ligação e 2 antiligantes, ou seja, estes 2 orbitais aqui, que são menores em energia, do que estes orbitais antiligantes aqui. Nós temos um total de 4 elétrons π, ou seja, 2 elétrons π aqui e também 2 elétrons π aqui que ocupam este orbital molecular aqui. Depois disso, precisamos encontrar o orbital molecular mais ocupado e o orbital molecular mais desocupado, ou seja, o mais ocupado é este aqui e o mais desocupado é este orbital. Se nós repararmos, essa diferença de energia entre estes 2 orbitais é menor, ou seja, aqui é menor do que essa diferença de energia anterior aqui. Se você pensar na sua equação de energia, nós sabemos que se nós diminuirmos a nossa energia, então, como o comprimento de onda é inversamente proporcional, então, o nosso comprimento de onda vai aumentar, e por isso nós esperamos que aqui nós tenhamos o maior comprimento de onda, e isso é verdade. O butadieno tem um comprimento de onda de aproximadamente 217 nm. E finalmente nós vamos ver este 1,3,5-hexatrieno aqui. Eu começo destacando que estes elétrons aqui que eu vou marcar são os elétrons π, que dessa vez são 6 elétrons π, ou seja, os elétrons estão vinculados a este orbital molecular aqui. De novo, nós encontramos o nosso orbital molecular mais ocupado e o nosso orbital molecular mais desocupado. O mais ocupado é este orbital e o mais desocupado é este orbital. Se nós repararmos, nós temos uma diferença de energia aqui, e podemos ver que a nossa diferença é menor do que nos exemplos anteriores. Se nós olharmos de novo para a nossa equação de energia, sabemos que se a nossa energia é diminuída, então o comprimento de onda é aumentado, porque elas são inversamente proporcionais. Isso quer dizer que nós vamos encontrar um comprimento de onda maior ainda que 217 nm. De fato, nós temos um valor de aproximadamente 258 nm, ou seja, 258 nm aproximadamente. Ou seja, o nosso composto absorve luz com comprimento de aproximadamente 258 nm. Isso ainda está na região do ultravioleta do espectro eletromagnético, e por isso, o hexatrieno não tem cor. Lembre-se, para que algo tenha cor, é preciso que ele absorva a luz na região visível. Aqui nós temos o hexatrieno, que é conjugado, então, temos uma ligação dupla, uma ligação simples, uma ligação dupla, uma ligação simples e uma ligação dupla. Mas ainda absorve na região de ultravioleta. Então, imagine uma molécula que tenha muito mais conjugação do que o hexatrieno. Maior conjugação significa um aumento do comprimento de onda de luz que é absorvido. Então, eu quero que você observe uma tendência que é, quanto mais nós aumentamos a nossa conjugação, isso significa que nós aumentamos o comprimento de luz que é absorvido. Então, se nós tivermos uma molécula amplamente conjugada, nós poderíamos absorver luz em um comprimento de onda ainda maior. E se nós passarmos dos 400 nm, então, estaremos na região visível, e aí as moléculas passam a ter cor. Ou seja, essa ideia de conjugação extensiva leva às cores. Vamos olhar aqui o beta caroteno que nós vimos no vídeo anterior. O betacaroteno é uma molécula laranja, então, esta molécula aqui é uma molécula laranja, e o betacaroteno é uma molécula com bastante conjugação, é só você olhar a molécula alternando entre ligações duplas e ligações simples. A extensão da conjugação da molécula significa que ela pode absorver luz em um comprimento de onda mais longo, ou seja, ela absorve energia na região visível do espectro eletromagnético. O betacaroteno absorve a luz azul e reflete laranja, e é por isso que nós vemos a cenoura com a cor laranja. Então, é a conjugação que você tem que pensar. Vamos olhar mais um exemplo aqui, onde nós temos um fenolftaleína. Se você já foi a um laboratório de química, com certeza você já usou o composto como um indicador para as suas titulações baseadas em ácido. Então você sabe, que quando você tem o seu pH baixo em um ambiente ácido, você sabe que o seu composto é incolor. Mas se você adicionar uma base, você vai ter um pH mais alto, e aí você vai ver a cor rosa ou magenta. Então, vamos ver se nós conseguimos explicar o porquê disso. A primeira coisa que eu vou fazer é adicionar um hidróxido aqui, um ânion hidróxido, por isso ele tem uma carga negativa, e vou colocar também outro hidróxido aqui no meio, de novo, o oxigênio com seus elétrons, os seus 6 elétrons, e uma ligação com o hidrogênio, e o oxigênio tem uma carga negativa, e o hidróxido vai funcionar como uma base. Isso significa que um desses elétrons aqui vai pegar o próton de hidrogênio e ao mesmo tempo, os elétrons desta ligação vão se mover para cá, e aí os elétrons desta ligação vão se mover para cá, e aí os elétrons desta ligação se movem para cá, e por fim, os elétrons desta ligação se movem para o oxigênio. Já o outro hidróxido, vai pegar este próton de hidrogênio aqui e ao mesmo tempo, os elétrons desta ligação se movem para o oxigênio. Eu vou mostrar para vocês a movimentação dos elétrons, ou seja, estes elétrons se moveram e vieram parar aqui. Agora, os elétrons que eu vou colocar em azul, ou seja, estes elétrons aqui se moveram e vieram parar aqui, e os elétrons que eu vou colocar em verde, estes elétrons aqui, se moveram e vieram parar aqui. E por fim, os elétrons que eu vou destacar em vermelho, ou seja, estes elétrons aqui que se moveram para o nosso oxigênio, eles vieram aqui para o oxigênio e concederam a ele uma carga formal negativa. Se este hidróxido aqui pegar este próton, esses elétrons desta ligação vão se mover para o nosso oxigênio, e aí este oxigênio vai ficar com uma carga formal negativa. E aí nós formamos este íon aqui, e o íon tem com rosa ou magenta. Se nós pensarmos em um porquê disso, nós podemos ver a conjugação, ou seja, temos ligações simples e ligações duplas, uma alternância entre ligações simples e ligações duplas. Ou seja, ligação dupla, ligação simples, ligação dupla, ligação simples, ligação dupla, ligação simples, e por fim, ligação dupla e assim por diante. Praticamente todo o íon é conjugado. Nós temos uma conjugação extensa que permite que o íon absorva na região visível, e é por isso que nós temos a cor rosa. Nós podemos ir na direção contrária, que significa que podemos adicionar um ácido aqui, e esse ácido vai transformar de novo o nosso o composto na forma incolor. A razão pela qual isso acontece, eu vou destacar isso para você, é que este carbono aqui é um orbital sp³ hibridizado. Eu vou destacar isso aqui, que este carbono é sp³ hibridizado, e por isso ele não tem o orbital "p", ou seja, nós temos um pouco de conjugação neste anel benzílico aqui, mas esta conjugação aqui é interrompida quando nós chegamos neste carbono central aqui. E aí, nós não temos conjugação em toda molécula, ou seja, não tem conjugação suficiente e assim, não absorve luz no espectro visível, e é por isso que aparece incolor. Se nós olharmos para este carbono central aqui da direita, nós vemos que ele é um carbono sp² hibridizado, e por isso ele permite a deslocalização dos elétrons, ou seja, temos ampla conjugação, e por isso o nosso composto tem cor. Eu espero que este vídeo tenha ajudado você a entender a importância da conjugação para a cor.