Capítulo 3
Estrutura e Estereoquímica
de Alcanos
Formulas de Alcanos
•
•
•
•
•
Ligações simples C-C
Saturados com hidrogénios
Rácio: CnH2n+2
Homólogos de alcanos : CH3(CH2)nCH3
O mesmo rácio para alcanos ramificados
H
H C H
H H H H
H C
C C C
H H H H
Butane, C4H10
H
H
H
H C C C H
H H H
Isobutane, C4H10
2
Nomes Comuns
• Isobutano, “isómero do butano”
• Isopentano, isohexano, etc., grupo
metilo no penúltimo carbono da cadeia.
• Neopentano, o mais ramificado
• 5 isómeros possiveis do hexano,
18 isómeros do octano e 75 do decano!
3
Pentanos
H
H C
H H H H H
H C
C C
C
C H
H H H H H
n-pentane, C5H12
H
H H
H
H C C C C H
H H H H
isopentane, C5H12
CH3
H3C
C CH3
CH3
neopentane, C5H12
4
Nomes IUPAC
• Procure a cadeia de carbonos mais comprida.
• Numere os carbonos a partir da extremidade
mais ramificada.
• Nomeie os grupos ligados à cadeia,
associando-os ao número do carbono a que
estão ligados.
• Escreva os substituintes por ordem alfabética.
• Use di-, tri-, etc., para multiplos do mesmo
substituinte.
5
Cadeia Mais Comprida
• O número de carbonos na cadeia mais
comprida determina a base do nome:
etano, hexano...
• Se existirem duas cadeias possíveis
com o mesmo número de carbonos,
use a cadeia mais ramificada (com
maior número de substituintes).
H3C
CH CH2
CH3
CH3
H3C CH2
C
CH
CH2
CH2
CH3
CH3
6
Numeração dos Carbonos
• Comece na extremidade próxima do
primeiro substituinte.
• Se os dois substituintes forem
equidistantes, procure o próximo grupo
mais perto.
1
CH3
3
4
H3C CH CH CH2
2
CH2CH3
5
CH2
CH3
CH CH3
6
7
7
Nomes dos Grupos Alquilo
•
•
•
•
CH3-, metilo
CH3CH2-, etilo
CH3CH2CH2-, n-propilo
CH3CH2CH2CH2-, n-butilo
C H3 C H
C H3
isopropyl
CH3
CH CH2
CH3
sec-butyl
CH3
CH3
CH CH2
isobutyl
CH3
H3C
C
CH3
tert-butyl
8
Grupos Propilo
H H H
H C
C C
H H H
H
H C C C
H H H
H H H
n-propilo
isopropilo
Um carbono primário
H
Um carbono secundário
9
Grupos Butilo
H H H H
H C
C C
C
H H H H
H
H H H H
n-butilo
Um carbono primário
H C
C C C
H
H H H
H
sec-butilo
Um carbono secundário
10
Grupos Isobutilo
H
H
C H
H
H
H C
C
H
H
C
C
H
H
C
C
C H
H
H
H
H
H
H H H
isobutilo
Um carbono primário
H
tert-butilo
Um carbono terciário
11
Ordem Alfabética
• Escreva os substituintes por ordem
alfabética do nome.
• Ignore di-, tri-, etc. quando considera a
ordem alfabética.
CH3
CH3
H3C CH CH CH2
CH2
CH CH3
CH2CH3
3-etil-2,6-dimetil-heptano
12
Propriedades Físicas
• Solubilidade: hidrofóbico
• Densidade: inferior a 1 g/mL
• O ponto de ebulição aumenta com o
número de carbonos (um pouco
menos para cadeias ramificadas).
13
Pontos de Ebulição de Alcanos
Alcanos ramificados têm uma superfície de contacto menos e
portanto as forças intermoleculares são mais fracas.
Chapter 3
14
Alcanos Ramificados
• P.e. baixa com o aumento da ramificação
• P.f. sobe com o aumento da ramificação
• Exemplos:
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
15
Confórmeros de Alcanos
• Estruturas resultantes da rotação livre
nas ligações simples C-C.
• Podem ter energias diferentes.
Predomina o confórmero de mais
baixa energia.
• As moléculas rodam constantemente
através de todas as conformações
possíveis.
=>
16
Confórmeros do Etano
• Confórmero em estrela é o de mais baixa
energia.
• Angulo diedro = 60º
H
H
H
H
H
H
modelo
Projecção de
Newman
perspectiva
17
Confórmeros do Etano (2)
• Confórmero em eclipse têm energia mais
elevada
• Ângulo diedro = 0º
Chapter 3
18
Conformational Analysis
• Torsional strain: resistance to rotation.
• For ethane, only 3.0 kcal/mol
=>
19
Confórmeros do Propano
Há um ligeiro aumento na energia de
rotação devido ao volume do grupo metilo.
20
Confórmeros do Butano
em C2-C3
• Máximo de energia quando os grupos
metilo estão em eclipse.
• Impedimento estereoquímico
• Ângulo diedro = 0º
Em eclipse
21
Confórmeros do Butano (2)
• Mínimo de energia quando os grupos
metilo estão anti.
• Ângulo diedro = 180º
anti
22
Confórmeros do Butano (3)
• Grupos metilo em eclipse com os
hidrogénios
• Maior energia que no confórmero em estrela
• Ângulo diedro = 120º
Em eclipse
23
Confórmeros do Butano (4)
• Confórmero gauche, em estrela
• Metilos mais próximos que no confórmero anti
• Ângulo diedro = 60º
gauche
=>
24
Análise Conformacional
25
Alcanos maiores
• A conformação anti é a de mais baixa energia.
• A “cadeia linear” na realidade está em zigzag.
CH3CH2CH2CH2CH3
H H H H H
C
C
C
C
C
H
H
H H H H
H
26
Cicloalcanos
•
•
•
•
•
Anéis de átomos de carbono (grupos CH2)
Formula: CnH2n
Não-polar, insolúveis em água
Forma compacta
P.f. e P.e. semelhantes aos dos alcanos
ramificados com o mesmo número de
carbonos
27
Isomerismo Cis-Trans
• Cis: grupos iguais do mesmo lado do anel
• Trans: grupos iguais em lados opostos do
anel
28
Estabilidade de Cicloalcanos
• Anéis de 5- e 6-membros são os mais
estáveis
• Ângulos de ligação próximos de \109.5°
• Tensão angular
29
Ciclopropano
• Elevada tensão de anel devida à
compressão angular
• Ligações fracas e muito reactivas
30
Ciclopropano (2)
Tensão torsional pois os hidrogénios
estão em eclipse
31
Ciclobutano
• Tensão angular devida à compressão
• Tensão torsional parcialmenbte
reduzida pela flexibilidade do anel
32
Ciclopentano
• Se fosse planar, os ângulos seriam de 108º mas
todos os hidrogénios estariam em eclipse.
• Menor tensão angular no confórmero não-planar
Chapter 3
33
Ciclohexano
• Se fosse planar, os ângulos seriam de 120º.
• Os ângulos de ligação são 109.5º na
conformação em cadeira e todos os
hidrogénios estão em estrela.
• Não tem tensão de anel nem tensão
torsional.
34
Conformação em Cadeira
35
Conformação em Barco
36
Posições Axiais e
Equatoriais
37
Ciclohexanos
Monosubstituídos
38
Interacções 1,3-Diaxiais
39
Isómeros Cis-Trans
As ligações cis estão alternadamente nas
posições axial e equatorial do anel.
CH3
CH3
40