ressonancia e aromaticidade
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INSTITUTO FEDERAL DO ESPRITO SANTO
ANA GABRIELA VEIGA SEPULCHRO
RENATHA SMMILY RAMOS DE SOUZA
O FENMENO DA RESSONNCIA E COMPOSTOS
AROMTICOS
VITRIA 2014
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ANA GABRIELA VEIGA SEPULCHRO
RENATHA SMMILY RAMOS DE SOUZA
O FENMENO DA RESSONNCIA E COMPOSTOS
AROMTICOS
Trabalho apresentado para avaliao do rendimento escolar
na disciplina de Qumica III, oferecida pelo Instituto Federal
do Esprito Santo para o Curso Tcnico em Eletrotcnica
Integrado ao Ensino Mdio.
Professor: Breno Lima Rodriguez
Turma: V03
VITRIA - 2014
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Proposta inicial de Kekul para a estrutura do benzeno ................................ 5
Figura 2 - Estruturas de ressonncia do benzeno e seu hbrido ............................. 5
Figura 3 - Diagrama de orbitais para compostos de camada de valncia aberta e
fechada .................................................................................................. 6
Figura 4 - Diagrama de energia - Energia de ressonncia do benzeno .................. 7
Figura 5 - Representao estabilizada dos orbitaispdo anel benznico ................ 8
Figura 6 - Estruturas de ressonncia de Benzeno e do hbrido de ressonncia ..... 9
Figura 7 - Hibridizao dos carbonos do Benzeno ................................................ 10
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SUMRIO
1. Introduo ......................................................................................................... 4
2. Aromaticidade ................................................................................................... 5
2.1. Critrios de Aromaticidade ..................................................................... 7
2.1.1. Critrios Energticos .............................................................................. 7
2.1.2. Critrios Geomtricos ............................................................................. 8
2.1.3. Critrios Magnticos ............................................................................... 8
3. Ressonncia ..................................................................................................... 9
4. Referncias Bibliogrficas .............................................................................. 11
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1. INTRODUO
A aromaticidade uma propriedade qumica apresentada por algumas
estruturas com comportamento qumico similar. O termo aromaticidade foi usado
pela primeira vez pelo qumico alemo August Wilhelm von Hoffman em 1855 ao
isolar substncias de odor agradvel de algumas plantas.
Embora tenha sido batizada com esse nome, a aromaticidade nem sempre
est relacionada com o odor dos compostos e, ainda que a grande maioria dos
compostos aromticos seja constituda de carbono, no se trata de uma propriedade
exclusiva de um grupo de hidrocarbonetos. Sua ocorrncia e critrios para
classificao sero discutidos ao longo do trabalho.
Dentre os compostos aromticos existentes, aprofundaremos os estudos no
benzeno, que teve vrias propostas para sua estrutura at que Friedrich August
Kekul props uma ideia que, a princpio se mostrou mais correta. Segundo ele, os
carbonos se ligariam de tal forma que formariam um anel, e essas ligaes
alternariam entre simples e duplas.
No benzeno, apesar das ligaes duplas e simples, sua estrutura simtrica,
sendo que as ligaes possuem o mesmo comprimento, tendo uma distncia
intermediria entre o esperado para a ligao simples e para a ligao dupla. Esse
fato se deve ao fenmeno da ressonncia, que ocorre em compostos aromticos e
ser explicado detalhadamente no decorrer deste trabalho.
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2. Aromaticidade
Historicamente, por volta de 1800, o odor das substncias foi considerado
como primeiro critrio qualitativo utilizado para classificar substncias como
aromticas ou no.
Por volta da metade do sculo XIX alguns qumicos considerados
estruturalistas comearam a sugerir algumas propostas para a estrutura de
benzeno como a de Loschmidt (1861), Ladenburg (1869), Claus (1866), Dewar
(1866), e ArmstrongBayer (1887), sendo algumas delas quase ao mesmo tempo
que a de Kekul (1865), que seria a mais prxima da real estrutura do benzeno
Kekul props inicialmente que as duas formas do tipo ciclo-hexatrieno
existiam na forma de equilbrio, ou seja, duas estruturas qumicas distintas e
presentes em quantidades iguais.
Kekul
Figura 1 - Proposta inicial de Kekul para a estrutura do benzeno
J no incio do sculo XX, entendeu-se que no existia nenhum equilbrio
entre as formas do benzeno e sim estruturas cannicas de ressonncia que
perfazem um hbrido.
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Figura 2 - Estruturas de ressonncia do benzeno e seu hbrido
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Em 1929 a estrutura do benzeno seria definitivamente comprovada pela
obteno da primeira estrutura de raios-X de um derivado, o hexametilbenzeno.
No ano de 1931 Hckel, utilizando a teoria de orbitais moleculares esclareceu
muitos pontos sobre as estruturas eletrnicas dos compostos orgnicos e de
aspectos como a aromaticidade. Hckel mostrou que hidrocarbonetos cclicos com
(4n+2) eltrons (sendo num nmero inteiro) possuam uma estabilidadeextrade
energia, isto porque seriam compostos de camada de valncia fechada (sem
eltrons desemparelhados) aromticos.
Figura 3 Diagrama de orbitais para compostos de camada de valncia aberta e fechada
A teoria de Hckel passou a explicar um grande nmero de fenmenos,
reaes e a fazer parte do prprio conceito da aromaticidade.
Exceo da regra de Huckel:
Foi verificado que alguns compostos, como os anulenos, possuam o nmero
adequado de eltrons , mas no as demais propriedades de um composto
aromtico (estabilidade, reatividade, propriedades magnticas tpicas e planaridade
da molcula). As explicaes foram baseadas na falta de planaridade dos anulenos,
provocada pelas repulses dos hidrognios internos destas estruturas. Esta falta de
planaridade impedia uma boa conjugao dosistema, justificando o carter no
aromtico dos anulenos.
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2.1. Critrios de Aromaticidade
2.1.1. Critrios Energticos
Os compostos aromticos possuem estabilizao energtica em comparao
com aqueles que no apresentam aromaticidade. A estabilizao energtica pode
ser separada em dois tipos: a estabilizao termodinmica, a qual nos remete s
energias de ressonncia, a estabilidade cintica, diretamente relacionada ao
comportamento reacional.
Uma ligao dupla do ciclo-hexano possui entalpia de hidrogenao de 25,6
kcal/mol, e um ciclo-hexa-1,3-dieno possui entalpia de hidrogenao de 54,1
kcal/mol. A entalpia de hidrogenao prevista para um ciclo-hexatrieno hipottico
seria de 85,8 kcal/mol, entretanto, o valor observado menosexotrmicodo que o
valor previsto, ou seja, de 49,8 kcal/mol. Portanto, o benzeno mais estvel em 36,0
kcal/mol do que um ciclo-hexatrieno hipottico.
Figura 4 - Diagrama de energia - Energia de ressonncia do benzeno
Essa estabilidade adicional conhecida como energia de ressonncia do
benzeno (energia de estabilizao aromtica).Eltrons compartilhados por somente
dois ncleos constituem ligaes qumicas localizadas, enquanto eltrons
compartilhados por mais de dois ncleos constituem ligaes deslocalizadas. Para
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avaliar a estabilidade termodinmica existente em compostos cujos eltrons se
encontram deslocalizados, ou seja, aromticos, pode ser analisada em termos de
energia de ressonncia (ER). Essa energia pode ser usada para comparar sistemas
relacionados, no sendo uma grandeza fsica mensurvel.
possvel calcular a energia de ressonncia a partir da diferena entre as
energias dos orbitais de fronteira. Foi observado que quanto maior a estabilizao
aromtica de um composto, maior a diferena entre os orbitais de fronteira.
2.1.2. Critrios Geomtricos
O conceito de aromaticidade leva em considerao os comprimentos das
ligaes em funo da deslocalizao de eltrons em estruturas cclicas.
A molcula aromtica deve ser cclica e plana, e deve possuir em cada tomo
do sistema aromtico um orbital p. Todos os orbitais p devem ser paralelos para que
haja superposio continua entre eles.
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Figura 5 - Representao estabilizada dos orbitaispdo anel benznico
2.1.3. Critrios Magnticos
Os compostos aromticos, quando submetidos a um campo magntico
externo, apresentam correntes diamagnticas.
Pauling mostrou que cada um dos eltrons pzdos carbonos aromticos so
livres para se movimentarem entre carbonos adjacentes, quando se encontram sob
ao de campo magntico externo. Desse modo, o movimento eletrnico cclico
induz o aparecimento das chamadas correntes de anel, que afetam as propriedades
magnticas das molculas.
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3. RESSONNCIA
Ao desenhar estruturas de Lewis, s vezes encontramos tomos que nos do
mais de uma maneira de colocar ligaes duplas e pares isolados. Nesses casos, o
arranjo real dos eltrons em uma determinada molcula uma mdia ponderada de
todas as estruturas de Lewis vlidos que podem ser feitas com essa conectividade
atmica. A molcula "real", o que, na verdade, existe no mundo, dito ser um
hbrido de ressonncia de todas as suas estruturas contribuintes de Lewis. Cada
estrutura que contribui para o hbrido de ressonncia uma estrutura de
ressonncia, conforme pode ser observado na Figura 6.
O exemplo clssico de ressonncia benzeno, C6H6. Existem duas
estruturas de Lewis para o benzeno, que diferem apenas na sua colocao de
ligaes duplas. Se alguma dessas estruturas fosse correta, o benzeno consistiria
alternando ligaes simples longas e ligaes duplas curtas. No entanto, verificou-se
experimentalmente que todas as seis ligaes no anel so idnticas e o
comprimento dessas ligaes diferente do esperado, visto que o Benzeno deveria
possuir ligaes com dois tipos diferentes de comprimento. Porm, a ligao entre
carbonos dessa molcula de 1,39 , que se comparado ao comprimento da
ligao simples (1,54) menor, e comparando com a ligao dupla (1,34)
maior. Isso se explica pela deslocalizao dos eltrons nas ligaes duplas do
benzeno em toda sua estrutura, gerando esse comprimento intermedirio para as
ligaes C-C.
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Estruturas de Ressonncia Hbrido de Ressonncia
Figura 6 - Estruturas de ressonncia de Benzeno e do hbrido de ressonncia
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De acordo com o modelo orbital, os carbonos do benzeno esto hibridizados
na forma sp: duas ligaes com carbonos adjacentes e a outra com um tomo de
hidrognio; todas essas ligaes so sigma, estando no mesmo plano. O carbono
fica ainda com um orbital p no hibridizado, para formar ligao pi com o tomo
vizinho; ento compreende-se que esta ligao estabelecida indiferentemente
entre os tomos adjacentes, ou seja, estas ligaes pi no tm localizaes rgidas
(so deslocalizadas) podendo ocorrer em qualquer parte da molcula.
Figura 7 - Hibridizao dos carbonos do Benzeno
Ligaes Sigma ()
6 orbitais Pi () Sistema Pi
deslocalizado
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4. Referncias Bibliogrficas
PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite. Qumica na abordagem do
cotidiano, volume 3. So Paulo: Moderna, 2006
FELTRE, Ricardo. Qumica Qumica Orgnica, volume 3. So Paulo: Moderna, 1995
Sites Visitados:
Qumica nova interativa, Aromaticidade - Evoluo Histrica do Conceito e Critrios
Quantitativos. Disponvel em:
Acesso em: 16/08/2014
Quimica orgnica: aromticos e reaes eletrofilicas aromticas. Disponvel em:
Acesso em: 16/08/2014
Resonance (chemistry). Disponvel em:
Acesso em: 16/08/2014
Organic chemistry: covalent bonding. Disponvel em:
Acesso
em: 16/08/2014
Benzeno. Disponvel em:
Acesso em: 16/08/2014
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