Soluções Química - Semana 187

Escrito por: Luiz Viegas.

INICIANTE

A) A questão deveria ter sido feita a partir da descoberta da geometria molecular pela construção da estrutura de Lewis e uma posterior análise da VSEPR para inferir não apenas geometria, mas também hibridização.

• $NH_{4}^{+}$: $sp^{3}$ tetraedro.
• $C_{1}$ do E-prop-1-en-1-ol: $sp^{2}$ trigonal planar.
• $PCl_{5}$: $sp^{3}d$ pirâmide trigonal.
• $SF_{4}$: $sp^{3}d$ gangorra.
• $H_{2}SO_{4}$: $sp^{3}$ tetraedro.

B) Quando há o aumento da concentração do $I_{2}$, a reação possui seu favorecimento para a formação do $I_{3}^{-}$. Este, por sua vez, possui uma hibridização do átomo central de $sp^{3}d$, entretanto apenas dois ligantes, o que faz com que os outros iodos posicionem-se em posição axial e formem uma espécie de geometria linear.

INTERMEDIÁRIO

A) O $[AuCl_{4}]^{-}$ é um complexo metálico que é solúvel em meio aquoso, o que faz com que seja possível a dissolução do metal ouro através de uma complexação. No átomo de ouro, a distribuição eletrônica faz-se como $[Xe] 6s^{1}4f^{4}5d^{10}$, portanto, no complexo com carga 3+, a distribuição eletrônica do ferro encerra-se em $5d^{8}$. Por conta disso, para diminuir a repulsão dos orbitais d do metal que participam da formação do complexo (lembrando-se de seguir a regra dos 18 elétrons), a melhor disposição espacial é um quadrado plano. 

B)

É possível observar, portanto, como a geometria do nitrônio é uma geometria molecular linear.

AVANÇADO

A) Pela fórmula molecular mostrada no enunciado, podemos verificar que o IDH da molécula é igual a:

$IDH = \frac{(C\cdot 2)-H}{2} + 1$

$IDH = 1$

Por conta disso, podemos ter em mente que a molécula é ou um ciclo, ou possui uma insaturação. Agora, pela RMN dos hidrogênios, analisando as integrações relativas, observamos que são apenas 9 os hidrogênios que aparecem na RMN, portanto, de alguma forma, um deles presente na molécula não está sendo sinalizado. Juntando essas duas informações, podemos inferir que a molécula possui um grupo carboxila, uma vez que a insaturação $C=O$ favorece a acidez do hidrogênio ligado ao oxigênio.

Ademais, pelos picos no gráfico, há um dubleto de integração 6 em 0,8ppm, o que podemos verificar como um isopropil. Agora, faltando apenas um carbono, podemos ver que há um sinal de integração 2 e multiplicidade de dubleto, que possui um deslocamento maior do que os outros dois sinais: aproxima-se, portanto, do carbono da carboxila.

Concluímos, então, que a molécula é o ácido 3-metilbutanóico. 

As integrações, acoplamentos e deslocamentos dos hidrogênios são: $^{1}H$NMR: $\delta 0.87$ (6H, d, J = 6.6 Hz), $\delta 1.90$ (1H, tsept, J = 7.4, 6.6 Hz), $\delta 2.21$ (2H, d, J = 7.4 Hz).

B) Pela fórmula molecular mostrada no enunciado, podemos verificar que o IDH da molécula é igual a:

$IDH = \frac{(C\cdot 2)-H}{2} + 1$

$IDH = 4$

Por conta disso, podemos observar que o composto possui ou 4 formações de deficiência de hidrogênio, que no caso podem ser ou insaturações, ou ciclos. Como são apenas 6 carbonos, podemos ver que é muito provável que o composto seja algo aromático, já que o IDH de um benzeno é 4. Vamos testar esta hipótese: com a composição da fórmula molecular, o composto seria um fenol, ao passo que há dois hidrogênios que são mais deslocados do que os outros, que são os hidrogênios em meta ao grupo -OH, enquanto os hidrogênios orto e meta são mais semelhantes. Veja, ainda, que isto apenas ocorreria pelo fato das estruturas de ressonância de carga no anel pela presença do -OH, que concentram uma carga parcial negativa na posição meta.

Esta hipótese, como é verificada pela RMN, é comprovada e apresenta os seguintes sinais: $^{1}H$ NMR: $\delta 6.87-7.09$ (3H, 6.93 (tt, J = 7.8, 1.3 Hz), $\delta 7.03$ (dtd, J = 8.2, 1.4, 0.5 Hz)), $\delta 7.32$ (2H, dddd, J = 8.2, 7.8, 1.4, 0.5 Hz).

C) Ao observar diretamente o composto, é induzido que a hibridização do oxigênio seja $sp^{3}$, pelo fato de realizar apenas duas ligações $\sigma$. Entretanto, na realidade, o oxigênio do fenol apresenta uma hibridização de $sp^{2}$.

É notório, entretanto, como a mudança de uma estrutura eletrônica tetraédrica para uma estrutura plana faz-se com um gasto energético. Por conta disso, é possível observar que esta modificação ocorre apenas pela compensação que é trazida pela presença da aromaticidade no anel, isto é, compor um sistema aromático faz com que a energia necessária para o oxigênio em configuração plana seja suficientemente baixa. Veja que isto ocorre exclusivamente pelo fato de que os pares de elétrons do oxigênio precisam estar planos em relação ao anel para que eles possam compor o sistema aromático.

* Nota: Para efeito de curiosidade, o software utilizado para a montagem dos gráficos foi o https://www.nmrdb.org/new_predictor/