Química Orgânica I ESTUDO DOS ALCANOS e CICLOALCANOS Profa. Alceni Augusta Werle ProfaTânia Márcia Sacramento Melo
1-Definição 2
2-Fórmula geral e ocorrência natural 3
Petróleo 4
Tabela 1: Frações constituintes do petróleo Fração T.E.( o C) N o de átomos C Gás <20 C1-C4 Éter de petróleo 20-100 C5-C7 Gasolina natural 40-205 C5-C10 e cicloalcanos Querosene 175-325 C12-C18 e aromáticos Óleo combustível 275-400 C12-C25 Óleo lubrificante 400-500 C25-C35 Asfalto Sólidos Compostos policíclicos 5
3-Ligações e geometria dos alcanos Cada átomo de C tem orbitais hibridizados sp 3, portanto, estabelecem 4 ligações covalentes simples. 6
Etano 7
4- Nomenclatura dos alcanos Os nomes dos quatro primeiros alcanos não ramificados são: metano, etano, propano e butano. Os nomes dos outros alcanos, com maior número de carbonos, são formados de um prefixo numérico grego ou latino, seguido da terminação ano (Tabela 2). 8
Tabela 2. 9
4.1- Nomenclatura dos grupos alquila 10
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4.2- Nomenclatura dos alcanos com cadeia ramificada: 12
Quando existir grupos repetidos, estes são indicados pela adição do prefixo multiplicador correspondente (di, tri, tetra, penta,..). 13
Quando existir grupos diferentes, eles serão citados em ordem alfabética. 14
Alguns alcanos apresentam nomes não sistemáticos. 15
4.3- Nomenclatura dos cicloalcanos: A nomenclatura dos cicloalcanos segue as mesmas regras dos alcanos, porém acrescido do prefixo ciclo. Ciclopropano ciclobutano ciclopentano cicloexano 16
Para os cicloalcanos ramificados também são seguidas as regras dos menores números para os substituintes. 17
Os grupos substituintes cíclicos são nomeados de forma análoga aos grupos acíclicos. 18
CLASSIFICAÇÃO DOS ÁTOMOS DE CARBONO 19
5- COMPOSTOS BICÍCLICOS Denominamos bicicloalcanos os compostos que contêm dois anéis fundidos ou formando ponte Biciclo [2.2.1]heptano 20
Adotamos como nome principal o do alcano correspondente ao número total de átomos de carbono nos anéis. Numeramos primeiro a ponte com maior número de átomos de carbono e em seguida as outras mantendo a sequência de ponte com maior número de átomos de carbono para a menor. Se um substituinte estiver presente tentamos dar a ele o menor número, porém seguindo a prioridade de numeração das pontes citada acima. 21
6-Propriedades físicas de alguns alcanos Os alcanos são moléculas de baixa polaridade; As forças de atração que atuam entre suas moléculas são do tipo dispersão de London; A magnitude desta força é proporcional a área de contato entre as moléculas, consequentemente, em alcanos lineares, excetuando os primeiros da série, ocorre um aumento na temperatura de ebulição de 20-30 ºC para cada metileno adicionado; Alcanos não ramificados (25 C, 1 atm) : C1-C4: gases C5-C17: líquidos C18 ou mais: sólidos Em alcanos com o mesmo número de carbonos, a medida que o número de ramificações aumenta, diminui a temperatura de ebulição. 22
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6.1- Propriedades físicas de isômeros do hexano 25
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7 Análise Conformacional de alcanos Ligações Sigma e Rotação de Ligação: i) Grupos ligados por apenas uma ligação sigma podem sofrer rotações em torno daquela ligação. 28
ii) Qualquer arranjo tridimensional de átomos que resulta da rotação em torno de uma ligação simples é chamado de conformação. iii) Cada estrutura possível é chamada de confôrmero. iv) Uma análise da variação de energia que a molécula sofre com grupos girando em torno de uma ligação simples é chamada de análise conformacional. Objetivo principal: Entender como forças intramoleculares tornam alguns arranjos espaciais mais favoráveis energeticamente do que outros. 29
Maneiras de representar os isômeros conformacionais 30
B) Projeção de Newman De acordo com o ângulo diedro, os grupos podem ser classificados como: 31
7.1- Análise Conformacional do Etano i) Conformação mais estável é a conformação alternada. Ocorre a máxima separação possível dos pares de elétrons das seis ligações C-. ii) Conformação menos estável é a conformação eclipsada. Requer a interação repulsiva máxima entre os elétrons das seis ligações C-. Tensão de torção. 32
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Análise Conformacional do Etano Diferença de energia entre as duas conformações do etano: 3 Kcal/mol (12 KJ/mol). Energia torsional 34
7.2-35
Análise Conformacional do Butano Tensão estérica: repulsão entre as nuvens eletrônicas de átomos ou grupos de átomos. 36
7.3-37
A - Tensão de Anel no Ciclopropano Razões da tensão de anel do ciclopropano: i) Tensão angular: Energia necessária para distorcer os carbonos tetraédricos de modo a permitir a sobreposição dos orbitais. ii) Tensão torsional: hidrogênios eclipsados. 38
B - Tensão de Anel no Ciclobutano Ciclobutano possui tensão de anel como o ciclopropano. No ciclobutano, a distorção da planaridade diminui a tensão torsional com relação ao ciclopentano. Tensão angular também é menor do que no ciclopropano. 39
C - Tensão de Anel do Ciclopentano A tensão de anel no ciclopentano é menor do que no ciclopropano e no ciclobutano. No ciclopentano, a conformação mais estável é a envelope. A conformação tipo envelope diminui a tensão torsional. A planaridade iria introduzir considerável tensão torsional, pois todos os 10 átomos de hidrogênio estariam eclipsados. 40
D - Tensão de Anel do Cicloexano Conformação tipo cadeira: não tem tensão angular e torsional. 41
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Análise conformacional do cicloexano: 45
8- Estereoisomeria 8.1- Cicloexanos Substituídos: Átomos de idrogênio Axiais e Equatoriais 46
Na temperatura ambiente o anel do cicloexano oscila rapidamente entre duas conformações equivalentes da cadeira. é importante acentuar que, quando o anel oscila, todas as ligações que eram axiais se tornam equatoriais e vice-versa: oscilação de anel 47
8.2- Conformações dos cicloexanos monossubstituídos (1) (less stable) C 3 (axial) (a) C 3 (equitorial) (2) (more stable by 7.5 kj mol 1 ) 5 3 C 3 1 (b) C 3 Quando um átomo de hidrogênio é substituído por um grupo alquila, podemos observar que: a conformação mais estável será aquela que deixar o grupo substituinte em posição equatorial. 48
Interação 1,3-diaxial 49
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8.3- Cicloalcanos dissubstituídos: isomerismo cis-trans 51
Os confôrmeros cadeira do cis-1,4-dimetilcicloexano C 3 ring-flip 3 C C 3 cis-1,4-dim ethylcyclohexane C 3 Os confôrmeros cadeira do trans-1,4-dimetilcicloexano 52
8.4- Alcanos Bicíclicos e Policíclicos 53
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