Aromaticidade com Carbocátions e Carboânions

A partir daqui, a coisa fica feia. Isso é muito específico e não costuma cair em qualquer tipo de prova.

Portanto, se for se aprofundar aqui, tenha noção do que costuma aparecer nas questões da sua prova ou do que o seu professor está dando em sala.

Existem compostos orgânicos que não cumprem as 3 regras da aromaticidade,

mas a depender do que você elimina da molécula, sendo um próton ($H^+$) ou um hidreto ($H^-$), você pode torná-la aromática. 

Nesse capítulo, você vai aprender a formar os carbocátions e carboaniôns, espécies carregadas que podem transformar compostos alifáticos em aromáticos.

1. O que são Carbocátions e Carboaniôns?

Antes de falarmos de aromaticidade, precisamos entender o que são essas espécies.

Imagine que, por algum motivo, eu queira me livrar desse hidrogênio. Sendo assim, vamos quebrar essa ligação.

Só que você pode quebrar essa ligação de três formas:

Na metade, deixando o H com um elétron e o C com um elétron também;

Quebrar deixando os dois elétrons com o H, eliminando da sua molécula um hidreto ($H^-$);

Ou quebrar deixando os dois elétrons com o C, eliminando da sua molécula um próton ($H^+$).

Um carbocátion é um composto orgânico que possui um carbono com carga positiva, com falta de elétrons.

Sendo assim, para formar um carbocátion, nós precisamos eliminar um hidreto ($H^-$).

Um carboânion é um composto orgânico que possui um carbono com carga negativa, com um elétron a mais que o normal, ficando com um par de elétrons livre.

Sendo assim, para formar um carboânion, nós precisamos eliminar um próton ($H^+$).

Agora que entendemos o que é cada um e o que cada um precisa eliminar para existir, vamos ver quando nós devemos pensar em criar cada cenário.

2. Quando formar um Carbocátion ou Carboânion

Exemplo 1:

Esse composto não é aromático. O que podemos fazer para transformá-lo em aromático?

Vamos para as três regras:

1️ O composto é um ciclo e possui seis carbonos sp². No entanto, um dos carbonos é $sp^3$.

Para que essa molécula se torne aromática, a primeira coisa que precisamos fazer é diminuir a hibridização desse carbono.

E como podemos fazer isso? Eliminando uma ligação C-H. Se eliminamos uma C-H, esse carbono passa a fazer apenas 3 ligações, assumindo hibridização sp2.

Primeiro problema resolvido, vamos mandar um hidrogênio embora. Agora vem o segundo problema: deixamos o par de elétrons ou mandamos ele embora também?

A resposta virá um pouco mais na frente.

2️ O composto já possui 3 duplas conjugadas, então temos 6 orbitais p puros alinhados com esses elétrons π das ligações das duplas.

3️ O composto já possui 6 elétrons π com essas duplas. Logo: 

4n + 2 = 6 → 4n = 4 → n = 1.

Isso significa que o composto não precisa de mais elétrons para se tornar aromático, ele só precisa que aquele carbono seja sp2!

Se eu eliminar apenas o H e deixar o carbono sp2 com o par de elétrons, ele entraria na ressonância e quebraria a Regra de Hückel (4n + 2 = 8 → n = 1,5 não seria aromático).

Portanto, descobrimos a resposta para o segundo problema: se não podemos deixar o par de elétrons no composto, devemos eliminar um hidreto (H-).

💡 Moral da história: o composto original não é aromático, mas ao eliminar um hidreto e formar um carbocátion, ele torna-se aromático.

Exemplo 2:

Esse composto não é aromático. O que podemos fazer para transformá-lo em aromático?

Vamos para as três regras:

1️ O composto é um ciclo e possui oito carbonos sp². No entanto, um dos carbonos é sp3.

Para que essa molécula se torne aromática, a primeira coisa que precisamos fazer é diminuir a hibridização desse carbono.

Já aprendemos que basta eliminar uma ligação C-H, só precisamos descobrir se será eliminando um próton ou um hidreto.

2️⃣ O composto já possui 4 duplas conjugadas, então temos 8 orbitais p puros alinhados com esses elétrons π das ligações das duplas.

3️⃣ O composto já possui 8 elétrons π com essas duplas. Logo: 

4n + 2 = 8 → 4n = 6 → n = 1,5.

Isso significa que o composto não está aromático. Além de precisar que aquele carbono se torne sp2, o composto precisa de mais elétrons.

Agora sim! Se eu deixar o composto com o par de elétrons e eliminar apenas o H, teremos o seguinte na Regra de Hückel: 4n + 2 = 10 → n = 2 e isso seria aromático.

Conclusão: precisamos eliminar um próton, formando um carboânion.

💡 Moral da história: o composto original não é aromático, mas ao eliminar um próton e formar um carboânion, ele torna-se aromático.

Conclusão

Terminamos tudo que você precisa saber sobre ressonância e conjugação. Na verdade, aprofundamos até demais para a maioria das provas.

Mas, em resumo, o que aprendemos hoje foi:

Carbocátions e carboaniôns podem se tornar aromáticos se isso permitir conjugação completa e obedecer à Regra de Hückel (4n+2 elétrons π).

A mudança na hibridização do carbono carregado é essencial para permitir que a aromaticidade ocorra.

A formação de íons aromáticos é um mecanismo comum em diversas reações orgânicas e bioquímicas!

Novamente, é só parar para pensar: se toda molécula quer sua estabilidade e ser aromático é a maior estabilidade possível,

todo mundo vai buscar isso e quem já é não vai abrir mão da sua estabilidade nem a pau.

Você está preparado para qualquer questão agora. Boa sorte!