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
CH3
CH3
CH3
CH3 C CH2 CH3
CH CH2 CH2 CH3
bp 60°C
mp -154°C
CH3
CH3
CH
CH
CH3
CH3
bp 58°C
mp -135°C
CH3
bp 50°C
mp -98°C
Reacções dos alcanos

Reacções dos alcanos
2 CH3CH2CH2CH3

8 CO2
+ 10 H2O
Cracking e hidrocracking (industrial)
long-chain alkane s

heat
+ 13 O2
catalyst
shorte r-chain alkane s
Halogenação
CH4 + Cl2
he at or light
CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4
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
H
model
H
H
H
Newman
projection
sawhorse
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
H H H H H
C
C
C
C
C
H
H
H H H H
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-
166.6 164.0
157.4
Long-chain
158.7
Heats of
Combustion
Alkane + O2 
CO2 + H2O
158.6
158.3
157.4
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 axialequatorial 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[3.1.0]hexane
bicyclo[2.2.1]heptane
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
H
H
cis-decalin
trans-decalin