COMPOSTOS ORGÂNICOS: ALCANOS E CICLOALCANOS

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1 COMPOSTOS ORGÂNICOS: ALCANOS E CICLOALCANOS Prof. Antonio Luiz Braga 1 ALCANOS e CICLOALCANOS NOMENCLATURA ÍNDICE ANÁLISE CONFORMACIONAL - Alcanos símples - Estrutura dos cicloalcanos Tensão angular - Análise conformacional do cicloexano - Compostos cicloexânicos substituido: hidrogênios axiais e equatoriais 2 1

2 NOMENCLATURA E GRUPO FUNCIONAL: ALCANOS Todas as ligações C-C são saturadas (símples) Fórmula geral: C n 2n+2 Alcanos podem apresentar ramificação C C C C Butane, C 4 10 C C C C Isobutane, C NOMENCLATURA ALCANOS: CADEIA PRINCIPAL Ache a cadeia com o maior número de átomos de carbono. Se houver duas possibilidades de cadeia principal com o mesmo número de átomos de carbono, escolha a que conter o maior número de ramificações. 3 C C C 2 C 3 3 C C 3 C 2 C C C 2 C 2 C 3 C 3 4 2

3 NOMENCLATURA ALCANOS: NUMERAÇÃO Comece a numeração o mais próximo da primeira ramificação. Se os dois primeiros substituintes estão equidistantes, procure pela próxima ramificação. 1 3 C C 3 C 2 C C C 2 C 2 C C C 2 C 3 5 NOMENCLATURA ALCANOS: NOME IUPAC Coloque de ordem alfabética os substituintes. Não considere os indicadores de quantidade (di, tri, etc). C 3 3 C C 1 2 C 3 2,6-dimetil C C 2 C 2 C C 3 C 2 C etil 3-etil, 2,6-dimetil 6 3

4 NOMENCLATURA ALCANOS: NOME IUPAC Escreva o prefixo do n o de átomos de carbono da cadeia principal + terminação ano. C 3 3 C C 1 2 C 3 2,6-dimetil C C 2 C 2 C C 3 C 2 C etil 3-etil, 2,6-dimetil, heptano 7 NOMENCLATURA ALCANOS: CICLOALCANOS Verifica-se o número de carbonos que formam o ciclo (este dará o nome do composto) Ciclopentano Ciclo-hexano ou Cicloexano 8 4

5 NOMENCLATURA ALCANOS: CICLOALCANOS Numera-se os substituintes de modo a obterem a menor numeração possível e por prioridade alfabética NOMENCLATURA ALCANOS: CICLOALCANOS Nomeia-se os substituintes em ordem alfabética usando numeração Escreva ciclo + prefixo n o átomos de C da cadeia principal + ano etil-3-metil-cicloexano 10 5

6 ANÁLISE CONFORMACIONAL -Estruturas resultantes de uma símples rotação em torno de uma ligação símples C-C. -Podem apresentar diferentes energias. A estrutura (conformação) de menor energia é a mais estável. - Moléculas estão constantemente girando e passando através de diferentes confôrmeros. 11 Barreira rotacional Conformações diferentes: barreira energética menor que 100 kj/mol. A interconversão de duas conformações com uma barreira energética acima de 24 kcal/mol (100 kj/mol) é lenta o bastante para que cada substância existam como moléculas diferentes. Nesse caso teremos configurações. 12 6

7 13 ANÁLISE CONFORMACIONAL INFLUÊNCIA NA ESTABILIDADE: FATOR ESTÉRICO (PROXIMIDADE DE GRUPOS). QUANTO MAIOR A DISTÂNCIA ENTRE GRUPAMENTOS VOLUMOSOS, MENOR O IMPEDIMENTO E A INTERAÇÃO ESTÉRICA E MAIOR É A ESTABILIDADE. 14 7

8 Razões mais importantes para mostrar que a conformação alternada é mais estável Conformação Eclipsada: Repulsão entre os orbitais ocupados Conformação Alternada: Estabilização pela interação entre o orbital ocupado C- e o orbital antiligante não ocupado sigma* 15 ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROJEÇÃO DE NEWMAN Projeção de Newman 16 8

9 Como realizar a Projeção de Newman sawhorse ou cavalete 17 Exercício 1: Fazer a projeção de Newman para a moléculas abaixo A Exercício 2: Passar da projeção de Newman A acima para a forma cavalete (pau e bola) 18 9

10 ANÁLISE CONFORMACIONAL: CONFÔRMEROS Móleculas acíclicas - PARA A FORMAÇÃO DOS CONFÔRMEROS DEIXA-SE FIXO UM DOS CARBONOS E GIRA-SE O OUTRO EM ÂNGULOS DE 60 em 60 º. B 60 o 60 o 60 o 60 o 60 o B A anti Eclipsada ou anticlinal Alternada gauche 60 o A B Totalmente eclipsada B A Alternada gauche A eclipsada CONFÔRMEROS 19 ANÁLISE CONFORMACIONAL: ETANO 20 10

11 ANÁLISE CONFORMACIONAL: ETANO -ECLIPSADAS: 0 o entre os substituintes próximos: maior energia (menos estável). -ALTERNADAS: 60 º entre os substituintes próximos: menor energia (mais estável). ALTERNADAS ECLIPSADAS 21 ANÁLISE CONFORMACIONAL ETANO: ENERGIA Tensão torsional: resistência a rotação (proximidade de grupos). Para etano, apenas 3.0 kcal/mol 22 11

12 ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROPANO C 3 23 ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROPANO conformação eclipsada C 3 manter o carbono frontal fixo 60 o 60 o 60 o 60 o 60 o C 3 C 3 C C 3 C 3 3 alternada 60 o CONFÔRMEROS 24 12

13 ANÁLISE CONFORMACIONAL PROPANO: ENERGIA Aumento na tensão torsional (3,3 Kcal/mol) devido ao grupo mais Impedido metila (comparado com etano 3,0 Kcal/mol). 25 Exercício: Realizar a análie conformacional para o Etilbenzeno e comparar com a do propano: use projeções de Newman!! 26 13

14 Análise conformacional para o Etilbenzeno 27 ANÁLISE CONFORMACIONAL: BUTANO C 3 C

15 ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (1) Maior energia tem os grupos metilas eclipsados. Alta tensão estérica Ângulo entre as metilas = 0 o Totalmente eclipsada 29 ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (2) Menor energia entre as metilas anti (mais afastadas). Menor tensão estérica Ângulo entre as metilas = 180 O anti 30 15

16 ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (3) Grupos metilas eclipsados com idrogênio Maior energia (tensão estérica) que a anti Ângulo entre as metilas = 120 o Eclipsada (com menos interação estérica que a totalmente eclipsada) 31 ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (4) Conformação Gauche é uma conformação alternada não anti Metilas mais próximas que na conformação anti Ângulo entre as metilas = 60 o gauche 32 16

17 ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO: ENERGIA 33 ANÁLISE CONFORMACIONAL: CICLOALCANOS 34 17

18 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: ESTABILIDADE Tensão angular: Em determinados anéis o ângulo de ligação tem tendência a apresentar valor menor do ângulo ideal para a hibridização sp 3 (109.5 o ). Esta diferença corresponde a tensão angular. Medida pela calor de combustão. Analisa-se as demais tensões de alcanos acíclicos. 35 Calor de combustão Alcano + O 2 CO O Long-chain per C 2 group (kcal/mol) 36 18

19 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOPROPANO Alta tensão angular devido ao ângulo de ligação (60 o ) Muito reativo, ligação fraca A sobreposição de orbitais não é efetiva 37 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOPROPANO Tensão torsional devido a proximidade dos hidrogênios 38 19

20 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOBUTANO Tensão angular (90 o) Tensão torsional aliviada devido a distorção do anel. 39 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOPENTANO Estrutura distorcida (não-planar) 108 o Distorção diminui a tensão angular e a tensão torsional. => 40 20

21 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOEXANO Dados de combustão indica que o sistema não é tensionado Na conformação cadeira, todos os ângulos são de 109,5 o e os estão alternados. Não há tensão angular e nem tensão torsional. 41 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOEXANO CONFORMAÇÃO CADEIRA => 42 21

22 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOEXANO CONFORMAÇÃO BOTE (Barco) => 43 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOEXANO ENERGIAS => 44 22

23 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOEXANO ENERGIAS 45 Desenhando um hexane em conformação cadeira 46 23

24 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOEXANO Axiais e Equatoriais => 47 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOEXANO MONOSUBSTITUÍDO cadeira barco cadeira => 48 24

25 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS: CICLOEXANO MONOSUBSTITUÍDO Posição equatorial com menor tensão estérica: mais estável para substituintes volumosos. Interação estérica 1,3 diaxial é grande axial equatorial 49 a e a a Quanto maior o volume estérico do substituinte, maior será a preferência pela posição equatorial 50 25

26 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO DISUBSTITUÍDO cadeira cadeira Exercício 1: Qual a reação cis/trans entre os hidrogênios equatoriais nos cicloexanos 1,2; 1,3 e 1,4? Fazer o mesmo para o axiais! Exercício 2: Qual a reação cis/trans entre os hidrogênios equatoriais-axiais nos cicloexanos 1,2; 1,3 e 1,4? 51 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,2-DISUBSTITUÍDO A E E A SUBSTITUINTES VOLUMOSOS OCUPANDO POSIÇÃO EQUATORIAL (MENOR TENSÃO ESTÉRICA) MAIS ESTÁVEL

27 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,2- DISUBSTITUÍDO (IGUAIS) 53 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,2- DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES) 54 27

28 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,3- DISUBSTITUÍDO 55 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,3- DISUBSTITUÍDO (IGUAIS) 56 28

29 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,3- DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES) 57 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,4-DISUBSTITUÍDO 58 29

30 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,4- DISUBSTITUÍDO (IGUAIS) 59 ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,4- DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES) 60 30

31 Exercício: Escrever a estrutura da conformação mais estável do estereoisômero menos estável do 1-tert-butil-3-metilcicloexano! (cis ou trans?) * 61 CIS 1-tert-butil-3-metilcicloexano TRANS 62 31