ESTUDO DOSALCANOS e CICLOALCANOS

Química Orgânica I

Profa. Alceni Augusta Werle

Profa Tânia Márcia Sacramento Melo

1- Definição

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2- Fórmula geral e ocorrência natural

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Petróleo

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Tabela 1: Frações constituintes do petróleo

Fração T.E. (oC) No 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

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3- Ligações e geometria dos alcanos

Cada átomo de C tem orbitais hibridizados sp3, portanto,estabelecem 4 ligações covalentes simples.

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Etano

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4- Nomenclatura dos alcanos

Os nomes dos quatro primeiros alcanos não ramificados são:metano, etano, propano e butano. Os nomes dos outrosalcanos, com maior número de carbonos, são formados de umprefixo numérico grego ou latino, seguido da terminação ano

(Tabela 2).

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Tabela 2.

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4.1- Nomenclatura dos grupos alquila

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4.2- Nomenclatura dos alcanos com cadeiaramificada:

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Quando existir grupos repetidos, estes são indicados pelaadição do prefixo multiplicador correspondente (di, tri, tetra,penta,..).

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Quando existir grupos diferentes, eles serão citados emordem alfabética.

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Alguns alcanos apresentam nomes nãosistemáticos.

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4.3- Nomenclatura dos cicloalcanos:

A nomenclatura dos cicloalcanos segue as mesmas regrasdos alcanos, porém acrescido do prefixo ciclo.

Ciclopropano ciclobutano ciclopentano cicloexano

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Para os cicloalcanos ramificados também são seguidas asregras dos menores números para os substituintes.

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Os grupos substituintes cíclicos são nomeados de formaanáloga aos grupos acíclicos.

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CLASSIFICAÇÃO DOS ÁTOMOS DE CARBONO

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5- COMPOSTOS BICÍCLICOS

Denominamos bicicloalcanos os compostos que contêm doisanéis fundidos ou formando ponte

Biciclo [2.2.1]heptano

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• Adotamos como nome principal o do alcano correspondenteao número total de átomos de carbono nos anéis.

• Numeramos primeiro a ponte com maior número de átomosde carbono e em seguida as outras mantendo a sequência deponte com maior número de átomos de carbono para a menor.

• Se um substituinte estiver presente tentamos dar a ele omenor número, porém seguindo a prioridade de numeraçãodas pontes citada acima.

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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

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7 – Análise Conformacional de alcanos

• Ligações Sigma e Rotação de Ligação:

i) Grupos ligados por apenas uma ligação sigma podem sofrerrotações em torno daquela ligação.

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ii) Qualquer arranjo tridimensional de átomos que resulta darotação em torno de uma ligação simples é chamado deconformação.

iii) Cada estrutura possível é chamada de confôrmero.

iv) Uma análise da variação de energia que a molécula sofrecom grupos girando em torno de uma ligação simples échamada de análise conformacional.

Objetivo principal: Entender como forças intramolecularestornam alguns arranjos espaciais mais favoráveisenergeticamente do que outros.

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Maneiras de representar os isômeros conformacionais

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B) Projeção de Newman

De acordo com o ângulo diedro, os grupos podem serclassificados como:

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7.1- Análise Conformacional do Etano

i) Conformação mais estável é a conformação alternada. Ocorrea máxima separação possível dos pares de elétrons das seisligações C-H.

ii) Conformação menos estável é a conformação eclipsada.Requer a interação repulsiva máxima entre os elétrons dasseis ligações C-H. Tensão de torção.

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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

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7.2-

35

Análise Conformacional do Butano

• Tensão estérica: repulsão entre as nuvens eletrônicas deátomos ou grupos de átomos.

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7.3-

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A - Tensão de Anel no Ciclopropano

Razões da tensão de anel do ciclopropano:

i) Tensão angular: Energia necessária para distorcer oscarbonos tetraédricos de modo a permitir a sobreposição dosorbitais.ii) Tensão torsional: hidrogênios eclipsados.

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B - Tensão de Anel no Ciclobutano

• Ciclobutano possui tensão de anel como o ciclopropano.

• No ciclobutano, a distorção da planaridade diminui a tensãotorsional 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 nociclopropano e no ciclobutano.

• No ciclopentano, a conformação mais estável é a envelope.

• A conformação tipo envelope diminui a tensão torsional. Aplanaridade iria introduzir considerável tensão torsional, poistodos os 10 átomos de hidrogênio estariam eclipsados.

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D - Tensão de Anel do Cicloexano

• Conformação tipo cadeira: não tem tensão angular etorsional.

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Análise conformacional do cicloexano:

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8- Estereoisomeria

8.1- Cicloexanos Substituídos: Átomos de HidrogênioAxiais e Equatoriais

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Na temperatura ambiente o anel do cicloexano oscilarapidamente entre duas conformações equivalentes dacadeira. é importante acentuar que, quando o anel oscila,todas as ligações que eram axiais se tornam equatoriais evice-versa:

oscilação de anel

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8.2- Conformações dos cicloexanos monossubstituídos

(1)

(axial)

(equitorial)

(less stable)

(2)

(more stable by 7.5 kJ mol−1)

H

HH

H

H

H

CH3H

H

H

H

H H

HH

H

H

H

HH

H

H

H

CH3

(a)

H H(a)

H

HH

H

H

H

CH3H

H

H

H

H H

HH

H

H

H

HH

H

H

H

CH3

1

3

5

(b)

Quando um átomo de hidrogênio é substituído por um grupo alquila, podemosobservar que: a conformação mais estável será aquela que deixar o gruposubstituinte em posição equatorial.

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Interação 1,3-diaxial

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8.3- Cicloalcanos dissubstituídos: isomerismo cis-trans

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Os confôrmeros cadeira do cis-1,4-dimetilcicloexano

H

CH3H

CH3 cis-1,4-dim ethylcyclohexane

H

H3C

CH3

Hring-flip

Os confôrmeros cadeira do trans-1,4-dimetilcicloexano

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8.4- Alcanos Bicíclicos e Policíclicos

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