Química Orgânica I
ESTUDO DOS
ALCANOS e CICLOALCANOS
Profa. Alceni Augusta Werle
Profa Tânia Márcia Sacramento Melo
1- Definição
2
2- Fórmula geral e ocorrência natural
3
Petróleo
4
Tabela 1: Frações constituintes do petróleo
T.E. (oC)
No de átomos C
<20
C1-C4
Éter de petróleo
20-100
C5-C7
Gasolina natural
40-205
Querosene
175-325
Óleo combustível
275-400
C5-C10 e
cicloalcanos
C12-C18 e
aromáticos
C12-C25
Óleo lubrificante
400-500
C25-C35
Asfalto
Sólidos
Compostos
policíclicos
Fração
Gás
5
3- Ligações e geometria dos alcanos
Cada átomo de C tem orbitais hibridizados sp3, 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
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4.2- Nomenclatura dos alcanos com cadeia
ramificada:
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Quando existir grupos repetidos, estes são indicados pela
adição do prefixo multiplicador correspondente (di, tri, tetra,
penta,..).
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Quando existir grupos diferentes, eles serão citados em
ordem alfabética.
14
Alguns alcanos
sistemáticos.
apresentam
nomes
não
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4.3- Nomenclatura dos cicloalcanos:
A nomenclatura dos cicloalcanos segue as mesmas regras
dos alcanos, porém acrescido do prefixo ciclo.
Ciclopropano ciclobutano
ciclopentano
cicloexano
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Para os cicloalcanos ramificados também são seguidas as
regras dos menores números para os substituintes.
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Os grupos substituintes cíclicos são nomeados de forma
análoga 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 dois
anéis fundidos ou formando ponte
Biciclo [2.2.1]heptano
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• 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.
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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.
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23
24
6.1- Propriedades físicas de isômeros do hexano
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27
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.
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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.
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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 ser
classificados como:
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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-H.
ii) Conformação menos estável é a conformação eclipsada.
Requer a interação repulsiva máxima entre os elétrons das
seis ligações C-H. Tensão de torção.
32
33
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 de
átomos ou grupos de átomos.
36
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 os
carbonos tetraédricos de modo a permitir a sobreposição dos
orbitais.
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 tensão
torsional com relação ao ciclopentano.
• Tensão angular também é menor do que no ciclopropano.
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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.
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42
43
44
Análise conformacional do cicloexano:
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8- Estereoisomeria
8.1- Cicloexanos Substituídos: Átomos de Hidrogênio
Axiais e Equatoriais
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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
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8.2- Conformações dos cicloexanos monossubstituídos
H
H
H
CH (axial)
H 3
H
H
H
H
H
5 H
(a)
(a)
H
H
H
1
H
3
H
H
H
H
(b)
CH3 (equitorial)
H
H
(2)
(more stable by 7.5 kJ mol−1)
CH
H 3
H
H
H
H
H
H
(1)
(less stable)
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
CH3
H
H
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.
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Interação 1,3-diaxial
49
50
8.3- Cicloalcanos dissubstituídos: isomerismo cis-trans
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Os confôrmeros cadeira do cis-1,4-dimetilcicloexano
H
H
ring-flip
H
CH 3
CH 3
H 3C
cis-1,4-dim ethylcyclohexane
H
CH 3
Os confôrmeros cadeira do trans-1,4-dimetilcicloexano
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8.4- Alcanos Bicíclicos e Policíclicos
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54