Aromaticidade e Regra de Hückel
Quando estudamos a classificação das cadeias carbônicas, vimos que existem compostos alifáticos e compostos aromáticos.
Naquele momento, eu te disse que um composto alifático é um composto não aromático e que um composto aromático é tipo um benzeno, lembra?
Agora chegou o momento de a gente entender de verdade o que é aromaticidade e o que torna uma molécula química aromática.
Um composto aromático é um composto extremamente estável e possui 3 regras bem específicas, que são chamadas de Regra de Hückel.
1. Como saber se um composto é aromático?
Para um composto ser aromático, ele precisa obedecer a três regras de ouro:
1. Ele precisa ser um anel plano
Anel significa ciclo e plano significa que todos os átomos da estrutura precisam possuir uma geometria plana.
Isso se refere à hibridização dos átomos, já que átomos sp³ possuem geometria espacial, tetraédrica.
Agora átomos sp² ou sp possuem geometrias planas.
💡 Moral da história: o composto precisa ser ciclo e todos os átomos do ciclo precisam ser sp² ou sp. Se tiver sp³, não é aromático.
2. Precisa ter conjugação completa
As ligações π devem estar distribuídas por toda a molécula, permitindo o deslocamento dos elétrons.
Aqui, não tem segredo. Tem que ter ressonância na molécula, que é o que já vimos.
3. Precisa obedecer à Regra de Hückel (4n+2 = total de elétrons π)
A Regra de Hückel consiste em você somar todos os elétrons π que existem no composto, que estão participando da ressonância, e colocar nessa equação.
Se o valor de "n" for um número inteiro, o composto é aromático. Se "n" não for um número inteiro, o composto não será aromático.
Agora que sabemos as regras, vamos ver alguns exemplos práticos!
2. Exemplos de Compostos Aromáticos
Exemplo 1:
O composto aromático mais famoso é o benzeno (C₆H₆).
1️ O composto é um ciclo e todos os carbonos são sp².
2️ O composto possui 3 duplas conjugadas, então temos 6 orbitais p puros alinhados com esses elétrons π das ligações das duplas.
3️ O composto possui 6 elétrons π. Logo:
4n + 2 = 6 → 4n = 4 → n = 1 é inteiro → o benzeno é aromático.
Exemplo 2:
O ciclopentadieno é aromático? Vamos conferir.
1️O composto é um ciclo, mas possui um carbono sp3. Logo, o ciclopentadieno não é aromático.
Exemplo 3:
O ciclobutadieno é aromático? Vamos conferir.
1️ O composto é um ciclo e todos os carbonos são sp².
2️ O composto possui 2 duplas conjugadas, então temos 4 orbitais p puros alinhados com esses elétrons π das ligações das duplas.
3️ O composto possui 4 elétrons π. Logo:
4n + 2 = 4 → 4n = 2 → n = 0,5 não é inteiro → o ciclobutadieno não é aromático.
3. Quando o par de elétrons livres participa da Regra de Hückel?
Lembra que os elétrons livres, às vezes, deixam de ser hibridizados e se tornam orbitais p puros, para permitir que a molécula tenha ressonância?
Vimos esse conceito no capítulo passado e vamos precisar dele de novo agora.
Nem sempre os pares de elétrons livres entram na conta dos elétrons π para a regra de Hückel.
Isso depende de onde eles estão localizados na molécula e se podem se deslocalizar no sistema conjugado.
De forma simples, se você precisar acrescentar 2 elétrons π para que o valor de "n" seja inteiro na Regra de Hückel, você vai utilizar eles na ressonância.
Se a quantidade de elétrons π já for ideal para que o "n" seja inteiro na Regra de Hückel, eles não vão participar.
Exemplo 1:
1️ O composto é um ciclo e todos os carbonos são sp². Porém, o N é sp3. Se ele não fizer nada a respeito, a molécula não se tornará aromática.
Como ele quer a maior estabilidade possível, o N usará seu par de elétrons livres como orbital p puro e se forçará a ter uma hibridização sp2.
Dessa forma, obtemos um anel plano.
2️ O composto possui 2 duplas conjugadas e um par de elétrons livre, então temos 5 orbitais p puros alinhados com esses elétrons π das ligações das duplas.
3️ Se não usássemos o par de elétrons livre, a regra de Hückel seria:
4n + 2 = 4 → 4n = 2 → n = 0,5 não é inteiro → o pirrol não seria aromático
Portanto, vamos utilizar o par de elétrons livre e a regra de Hückel fica:
4n + 2 = 6 → 4n = 4 → n = 1 é inteiro → o pirrol é aromático
💡 Moral da história: o par de elétrons do nitrogênio gira ao redor de toda a molécula para torná-la aromática.
Exemplo 2:
1️ A piridina é um ciclo e todos os carbonos são sp², assim como o N (a dupla está nele também).
2️ O composto possui 3 duplas conjugadas, então temos 6 orbitais p puros alinhados com esses elétrons π das ligações das duplas.
O par de elétrons faz parte de um dos três orbitais hibridizados sp2 nesse caso.
3️ Se não usássemos o par de elétrons livre, a regra de Hückel seria:
4n + 2 = 8 → 4n = 6 → n = 1,5 não é inteiro → a piridina não seria aromática
Portanto, não vamos utilizar o par de elétrons livre e a regra de Hückel fica:
4n + 2 = 6 → 4n = 4 → n = 1 é inteiro → a piridina é aromática
💡 Moral da história: o par de elétrons do nitrogênio não gira ao redor da molécula dessa vez.
Conclusão
Agora que você conhece as três regras da aromaticidade, fica fácil identificar um composto aromático!
Sempre que vir um anel conjugado, plano e com 4n+2 elétrons π, pode ter certeza: ele é super estável.
Nosso próximo passo será entender como cargas positivas e negativas podem afetar essa estabilidade e até criar novos compostos aromáticos.
Vamos falar disso no próximo capítulo sobre carbocátions e carboaniôns aromáticos.
