compostos orgÂnicos: alcanos e cicloalcanos

30/03/2017

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1LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio

Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica

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COMPOSTOS ORGÂNICOS: ALCANOS E CICLOALCANOS

Prof. Antonio Luiz Braga



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ÍNDICE

NOMENCLATURA

ANÁLISE CONFORMACIONAL

- Alcanos símples

- Estrutura dos cicloalcanos – Tensão angular

- Análise conformacional do cicloexano

- Compostos cicloexânicos substituido:

hidrogênios axiais e equatoriais

ALCANOS e CICLOALCANOS

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• Todas as ligações C-C são saturadas (símples)

• Fórmula geral: CnH2n+2

• Alcanos podem apresentar ramificação

CH

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

HH

Butane, C4H10

CH

H

C CH

HH

C H

H

H

HH

Isobutane, C4H10

NOMENCLATURA E GRUPO FUNCIONAL:

ALCANOS



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• 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.

C

CH3

CH2

CH3

CH CH2 CH2 CH3

CH CH2 CH3

H3C

H3C

NOMENCLATURA ALCANOS: CADEIA

PRINCIPAL

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5

• Comece a numeração o mais próximo da primeira

ramificação.

• Se os dois primeiros substituintes estão

equidistantes, procure pela próxima ramificação.

1

2

3 4 5

6 7

CHH3C

CH3

CH

CH2CH3

CH2 CH2 CH

CH3

CH3

NOMENCLATURA ALCANOS:

NUMERAÇÃO



6

• Coloque de ordem alfabética os substituintes.

• Não considere os indicadores de quantidade (di,

tri, etc).

NOMENCLATURA ALCANOS: NOME

IUPAC

CHH3C

CH3

CH

CH2CH3

CH2 CH2 CH

CH3

CH3

3-etil

2,6-dimetil

1 2

3 4 5

6 7

3-etil, 2,6-dimetil

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4



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• Escreva o prefixo do no de átomos de carbono da

cadeia principal + terminação ano.

NOMENCLATURA ALCANOS: NOME

IUPAC

CHH3C

CH3

CH

CH2CH3

CH2 CH2 CH

CH3

CH3

3-etil

2,6-dimetil

1 2

3 4 5

6 7

3-etil, 2,6-dimetil, heptano



8

• Verifica-se o número de carbonos que formam o

ciclo (este dará o nome do composto)

Ciclopentano Ciclo-hexano ou

Cicloexano

NOMENCLATURA ALCANOS:

CICLOALCANOS

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• Numera-se os substituintes de modo a obterem a

menor numeração possível e por prioridade

alfabética

NOMENCLATURA ALCANOS: CICLOALCANOS

1

3

2

2

3

4

5



10

• Nomeia-se os substituintes em ordem alfabética

usando numeração

• Escreva ciclo + prefixo no átomos de C da cadeia

principal + ano.

1

3

2

1-etil-3-metil-cicloexano

NOMENCLATURA ALCANOS: CICLOALCANOS

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-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.




12

Barreira rotacional

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.

Conformações

diferentes: barreira

energética menor que

100 kJ/mol.

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13



14


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.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ethane_conformation.gif




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Conformação Eclipsada:

Repulsão entre os

orbitais ocupados

Conformação Alternada:

Estabilização pela interação entre

o orbital ocupado C-H e o orbital

antiligante não ocupado sigma*

Razões mais importantes para mostrar que a conformação alternada é

mais estável



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ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROJEÇÃO DE NEWMAN

H

H

H

H

HH

Projeção de Newman

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Como realizar a Projeção de Newman

sawhorse ou cavalete



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Exercício 2: Passar da projeção de Newman A acima para a

forma cavalete (pau e bola)

Exercício 1: Fazer a projeção de Newman para a moléculas abaixo

A

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ANÁLISE CONFORMACIONAL: CONFÔRMEROS

- PARA A FORMAÇÃO DOS CONFÔRMEROS DEIXA-SE FIXO UM

DOS CARBONOS E GIRA-SE O OUTRO EM ÂNGULOS DE 60 em 60º.

B

A

60o 60o 60o

BA

60o

B

A

60o B

A

60o

CONFÔRMEROS

Totalmente

eclipsadaEclipsada

ou anticlinal

anti Alternada

gaucheAlternada

gauche

eclipsada

Móleculas acíclicas



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ANÁLISE CONFORMACIONAL: ETANO

H

H

H

H

HH

H

H

H H

H

H



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ECLIPSADAS

ALTERNADAS

ANÁLISE CONFORMACIONAL: ETANO

-ECLIPSADAS: 0o entre os substituintes próximos: maior energia (menos estável).

-ALTERNADAS: 60º entre os substituintes próximos: menor energia (mais estável).



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• Tensão torsional: resistência a rotação

(proximidade de grupos).

• Para etano, apenas 3.0 kcal/mol

ANÁLISE CONFORMACIONAL ETANO: ENERGIA

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ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROPANO

H

CH3

H

H

H H



24

ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROPANO

H

CH3

60o

H

CH3

60o

H

CH3

60o

HCH3

60o

H

CH3

60o

H

CH3

60o

CONFÔRMEROS

conformação

eclipsada

alternada

manter

o carbono

frontal fixo

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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).



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Exercício: Realizar a análie conformacional

para o Etilbenzeno e comparar com a do

propano: use projeções de Newman !!

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Análise conformacional para o Etilbenzeno



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ANÁLISE CONFORMACIONAL: BUTANO

H

CH3

H

CH3

H H

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• Maior energia tem os grupos metilas eclipsados.

• Alta tensão estérica

• Ângulo entre as metilas = 0o

Totalmente eclipsada

ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (1)



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• Menor energia entre as metilas anti (mais

afastadas).

• Menor tensão estérica

• Ângulo entre as metilas = 180O

anti


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• Grupos metilas eclipsados com Hidrogênio

• Maior energia (tensão estérica) que a anti


Eclipsada


(com menos interação estérica que a totalmente eclipsada)



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• Conformação Gauche é uma conformação

alternada não anti

• Metilas mais próximas que na conformação anti


gauche


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ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO: ENERGIA



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ANÁLISE CONFORMACIONAL: CICLOALCANOS

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• Tensão angular: Em determinados anéis o ângulo

de ligação tem tendência a apresentar valor menor

do ângulo ideal para a hibridização sp3 (109.5o).

Esta diferença corresponde a tensão angular.

• Medida pela calor de combustão.

• Analisa-se as demais tensões de alcanos acíclicos.

ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:

ESTABILIDADE



36

Calor de combustão

Alcano + O2 CO2 + H2O

Long-chain

157.4 157.4

166.6 164.0158.7 158.6158.3

per CH2

group

(kcal/mol)

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• Alta tensão angular devido ao ângulo de ligação (60o)

• Muito reativo, ligação fraca

• A sobreposição de orbitais não é efetiva


CICLOPROPANO



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Tensão torsional devido a proximidade dos hidrogênios


CICLOPROPANO

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• Tensão angular (90o)

• Tensão torsional aliviada devido a distorção do

anel.


CICLOBUTANO



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• Estrutura distorcida (não-planar) – 108o

• Distorção diminui a tensão angular e a tensão torsional.

=>

ANÁLISE CONFORMACIONAL EM

CICLOALCANOS: CICLOPENTANO

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• Dados de combustão indica que o sistema não é tensionado

• Na conformação cadeira, todos os ângulos são de 109,5o e os H estão alternados.

• Não há tensão angular e nem tensão torsional.


CICLOEXANO



42


CICLOEXANO – CONFORMAÇÃO CADEIRA

=>

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43

=>


CICLOEXANO – CONFORMAÇÃO BOTE (Barco)



44=>


CICLOEXANO – ENERGIAS

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23



45


CICLOEXANO – ENERGIAS



46

Desenhando um hexane em conformação cadeira

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47

=>


CICLOEXANO – H Axiais e Equatoriais



48

=>


CICLOEXANO – MONOSUBSTITUÍDO

cadeira cadeirabarco

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CICLOEXANO – MONOSUBSTITUÍDOPosição equatorial com menor tensão estérica:

mais estável para substituintes volumosos.

Interação

estérica

1,3 diaxial

é grande

axial

equatorial



50

Quanto maior o volume estérico do substituinte, maior será a

preferência pela posição equatorial

e

a

a

a

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51

ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO

DISUBSTITUÍDO

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?

cadeira

cadeira



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E

A

A

E

ANÁLISE CONFORMACIONAL EM

CICLOEXANO 1,2-DISUBSTITUÍDO

SUBSTITUINTES VOLUMOSOS OCUPANDO POSIÇÃO EQUATORIAL

(MENOR TENSÃO ESTÉRICA) MAIS ESTÁVEL.

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ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,2-

DISUBSTITUÍDO (IGUAIS)



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DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES)

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55


DISUBSTITUÍDO



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ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,4-DISUBSTITUÍDO

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59

ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOHEXANO 1,4-




60

ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOHEXANO 1,4-


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61

Exercício:

Escrever a estrutura da conformação mais

estável do estereoisômero menos estável

do 1-tert-butil-3-metilcicloexano! (cis ou

trans?)

*



62

1-tert-butil-3-metilcicloexanoCIS

TRANS

compostos orgÂnicos: alcanos e cicloalcanos

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