Estrutura e Estereoquímica dos Alcanos

Tópicos a recordar

Fórmulas dos alcanos Nomes comuns: n-pentano, isopentano e

neopentano Nomes IUPAC Propriedades físicas:

Solubilidade: hidrofóbico Densidade: menos que 1g/mL Ponto de ebulição aumenta com o número de carbonos

(menos no caso de cadeias ramificadas) Ponto de fusão aumenta aumento do número de carbonos

(menos para número de carbonos impar)

Alcanos do ponto de ebulição Alcanos ramificados têm menos superfície de contacto, o que

enfraquece as forças intermoleculares

Pontos de fusão dos alcanos

Alcanos ramificados formam estruturas cristalinas mais eficientes, portanto têm p.f. mais elevados

Alcanos ramificados

Aumento da ramificação baixa o ponto de ebulição

Aumento da ramificação aumenta o ponto de fusão

H

CH3CH

CH3

CH2 CH2 CH3

bp 60°Cmp -154°C

CH3CH

CH3

CHCH3

CH3 bp 58°Cmp -135°C

bp 50°Cmp -98°C

CH3 C

C 3

CH3

CH2 CH3

Reacções dos alcanos

Reacções dos alcanos

Cracking e hidrocracking (industrial)

Halogenação

CH3CH2CH2CH3 + O2 CO2 + H2Oheat

8 10132

long-chain alkanes catalyst

shorter-chain alkanes

CH4 + Cl2 CH3Cl + CH2Cl2 CHCl3 CCl4+ +heat or light

Conformações dos Alcanos

Estruturas que resultam da rotação livre da ligação C-C;

Podem diferir em energia. O conformero de mais baixa energia é o que prevalece mais tempo.

As moléculas rodam através das possíveis conformações.

Conformações do etano

Conformação em estrela é a de mais baixa energia

O ângulo dihedral é de 60º

H

H

HH

H H

Newmanprojection

sawhorsemodel

Conformações do etano (2)

Conformação eclipse tem a energia mais elevada Ângulo dihedral é de 0º

Análise Conformacional

Ângulo de torsão: resistente à rotação Para o etano são 3,0 kcal/mol

Conformações do propano

Aumento ligeiro da tensão torsional devido á presença do grupo metil que é mais volumoso

Conformações do butano (C2-C3) Os grupos metil em eclipse são de energia

mais elevada Impedimento estereo Ângulo dihedral 0º

totally eclipsed

Conformações do butano (C2-C3)

Quando os grupos metil estão na posição anti é o conformero de mais baixa energia

Ângulo dihedral 180º

anti

Conformações do butano (3)

Grupos metil eclipsados com o hidrogénio Conformação com nível de energia mais alta

do que em estrela Ângulo dihedral 120º

eclipsed

Conformações do butano (4)

Conformação em estrela à direita Grupos metil mais próximos que a conformação anti Ângulo dihedral 60º

gauche

Analise Conformacional

Alcanos de cadeia hidrocarbonada maior Conformações anti são as de mais baixa

energia A cadeia hidrocarbonada é em zigzag

CH3CH2CH2CH2CH3

CH C

CC

CH H H H

H H

H H

HH H

Cicloalcanos

Aneis de átomos de carbono (grupos CH2)

Formula CnH2n

Não polar, insolúvel em água Forma compacta Ponto de ebulição e fusão semelhante aos

alcanos ramificados com o mesmo número de carbonos

Isomerismo cis-trans

Cis: grupos semelhantes estão no mesmo lado do anel

Trans: grupos semelhantes estão no lado oposto

Estabilidade dos cicloalcanos Anéis com 5 a 6 membros são mais estáveis Ângulos de ligação próximo de 109,5º Ângulo de torção Calor de combustão por -CH2-

Long-chain

157.4 157.4

166.6 164.0158.7 158.6158.3

Heats of Combustion Alkane + O2 CO2 + H2O

Ciclopropano Elevada tensão de anel devido à compressão

do ângulo; Muito reactivo, ligações fracas

Ciclopropano (2)

Tensão torsional devido aos hidrogénios eclipsados

Ciclobutano

Ângulo de tensão devido à compressão Tensão torsional parcialmente aliviado

devido ao anel fazer uma “prega”

Ciclopentano Se fosse planar os ângulos seriam de 108º,

mas todos os hidrogénios serão eclipsados. A conformação “pragueada” reduz o ângulo

torsional

Ciclohexano

Ângulos seriam de 120º se fosse planar; A conformação em cadeira tem ângulos de

ligação de 109,5º e todos os hidrogénios estão em estrela;

Não existe tensão angular nem tensão torsional

Conformação em cadeira

Conformação em barco

Energia Conformacional

Posições axial e equatorial

Ciclohexanos monosubstituidos

Interacções 1,3 diaxial

Ciclohexanos disubstituidos

Isomeros cis-trans

Ligações que são cis, alternam axial-equatorial em volta do anel

CH3

CH3

Grupos volumosos

Grupos como o t-butil causam uma grande diferença de energia entre a conformação axial e equatorial

Conformação mais estável põe t-butil equatorial sem importância em termos de energia

Alcanos biciclicos

Anéis fundidos partilham os carbonos adjacentes

As pontes dos anéis ligam 2 átomos de carbono adjacentes

bicyclo[3.1.0]hexane bicyclo[2.2.1]heptane

Cis e Trans Decalina

Ciclohexano fundidos formam conformações Na estrutura onde os H’s da ponte são cis é

mais flexível; Na estrutura onde os H’s da ponte são trans

é mais flexível;

H

H

cis-decalin

H

H

trans-decalin