Conformacoes dos alcanos

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CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE 
Departamento de Farmácia 
Curso de Bacharelado em Farmácia 
Disciplina: Química Orgânica 
Docente: Soraya Alves de Morais 
 
 
 
 Kailane Lourenço Araújo 
 
 
 
 
 
 
CONFORMAÇÕES DOS ALCANOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPINA GRANDE – PB 
2021 
 Conformações dos Alcanos 
 
As Conformações ou Análises Conformacionais são as análises das variações de 
energia que uma molécula sofre com os grupos girando em torno de uma determinada 
ligação simples. Cada ligação química possui uma resistência ao giro. Esta resistência é 
chamada Barreira Rotacional ou Barreira Energética. Destarte, diferentes tipos de ligação 
possuem diferentes valores de barreiras rotacionais. Por exemplo, uma ligação simples 
carbono-carbono, que é formada quando um orbital sp3 se sobrepõe a um orbital sp3, é 
cilindricamente simétrica, assim a rotação em torno dessa ligação pode ocorrer sem 
nenhuma mudança na quantidade de sobreposição dos orbitais, dessa forma pode haver 
diferentes formas de arranjo que não envolvam a quebra da ligação. Os diferentes arranjos 
espaciais dos átomos resultantes da rotação em torno de uma ligação simples, como já 
mencionado acima, são as conformações e as moléculas do mesmo composto com 
conformações diferentes são chamadas de confôrmeros. 
Ao contrário do que ocorre com ligações simples, a barreira energética que limita 
o giro em ligações duplas é alta e, por isto, os isômeros E e Z podem ser separados e 
isolados sem que um se transforme no outro. 
Para que as conformações sejam realizadas nos alcanos e nas outras moléculas 
deve-se desenhar os confôrmeros, para isso utiliza-se as fórmulas em perspectiva, 
fórmulas em cavalete ou projeções de Newman. Nas fórmulas em perspectiva as linhas 
sólidas são usadas para ligações que ficam no plano do papel, cunhas sólidas para ligações 
saindo do plano do papel e cunhas tracejadas para ligações que entram no plano do papel, 
nas fórmulas em cavalete olha-se a ligação carbono-carbono de um ângulo oblíquo e nas 
projeções de Newman despreza-se o comprimento de uma ligação carbono-carbono 
específica. O carbono em frente é representado por um ponto com três ligações em 
interseção e o carbono de trás, por um círculo. As três linhas saindo de cada carbono 
representam as outras três ligações. 
As conformações básicas em que os grupos podem se arranjar em torno de uma 
ligação são: Conformação Eclipsada e Conformação Alternada. A Conformação 
Eclipsada é menos estável, sua energia extra é chamada tensão torsional, essa é à repulsão 
sentida pelos elétrons ligantes de um substituinte quando passam perto dos elétrons de 
outro substituinte, possui uma energia maior por diversos fatores, uma deles é que os 
elétrons nas ligações se repelem, e esta repulsão é máxima na conformação eclipsada 
(ligações perfeitamente alinhadas, com Orbitais Moleculares ligantes alinhados), 
diferente da Conformação Alternada que é mais estável e a molécula passa a maior parte 
do tempo nesta forma ou em forma aproximada. Como exemplo, tem-se o Etano que 
existe em duas formas conformacionais, ou seja, dois confôrmeros podem ser desenhados 
para o etano através do giro da ligação central C-C e a barreira no etano é pequena o 
suficiente (2,9 kcal/mol ou 1 2 kJ/mol): 
 
 A energia potencial de todos os confôrmeros do etano obtidos durante a rotação 
completa de 360° pode ser visualizada no seguinte gráfico: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Nota-se, que os confôrmeros em oposição estão em energia mínima, enquanto os 
confôrmeros eclipsados estão em energia máxima. 
 Conforme os átomos de hidrogênio vão sendo substituídos por grupos alquila, a 
barreira rotacional aumenta. Para o propano, por exemplo, tem a relação com a repulsão 
eletrônica aumentada pela metila que doa elétrons com maior intensidade do que o 
hidrogênio: 
 
. 
 
 
 
 
 
 
 Outro exemplo de conformação dos alcanos é o butano, ele possui três ligações 
simples carbono-carbono e a molécula pode girar em torno delas. As conformações 
geradas ao girar-se as ligações C1-C2 e C3-C4 são idênticas como já vistas para o etano, 
uma eclipsada e uma alternada. Dessa forma: 
 
 Note que o carbono no primeiro plano na projeção de Newman tem o menor 
número. Apesar de os confôrmeros em oposição resultante da rotação em torno da ligação 
C-1 — C-2 tenham a mesma energia, os confôrmeros em oposição resultante da rotação 
em torno da ligação C-2— C-3 não têm. Os confôrmeros em oposição para a rotação em 
torno da ligação C-2— C-3 no butano são mostrados abaixo: 
 
 Para diferenciar as conformações eclipsadas entre si, e também as alternadas, 
um segundo nome é empregado. Caso, os grupos alquilas de cada carbono (neste caso C2 
e C3) estejam ambos na metade pra cima ou na metade pra baixo do círculo da projeção 
de Newman, diz-se que elas estão SIN (I e II). Caso estejam em metades distintas, estão 
ANTI (III e IV). Se os grupos alquilas estiverem planares, chama-se periplanares (II e 
III), caso contrário, clinal (I e IV). A combinação destes termos leva a formação do 
segundo nome, usado para diferenciar as conformações eclipsadas ou alternadas entre si. 
A energia da conformação eclipsada sinperiplanar é maior do que da eclipsada anticlinal 
e, é a forma mais energética de todas, já a forma alternada sinclinal ou gauche tem energia 
um pouco maior, mas ainda menor do que as formas eclipsadas. 
Os confôrmeros anti e gauche não têm a mesma energia devido à tensão estérica. 
A tensão estérica é a repulsão entre as nuvens eletrônicas de átomos ou grupos, por 
exemplo, há mais tensão estérica em um confôrmero gauche que em um anti porque os 
dois grupos metila estão mais próximos no primeiro caso. Este tipo de tensão estérica é 
chamado interação gauche. 
A seguir é mostrado a energia potencial do butano como função do ângulo de 
rotação em torno da ligação C-2— C-3: 
 
Ademais, o número relativo de moléculas em uma conformação particular em 
qualquer momento depende da estabilidade da conformação: quanto mais estável a 
conformação, maior é a fração da molécula que estará naquela conformação. Muitas 
moléculas, portanto, estão em conformação em oposição, e mais moléculas estão em 
conformação anti que em conformação gauche. 
Para moléculas que contém outros grupos funcionais, nem sempre, a conformação 
alternada antiperiplanar será a mais estável em todas as ligações analisadas. Isto acontece, 
por exemplo, para haloalcanos, pode-se observar a molécula de 1-cloro-butano, 
desenhada abaixo: 
 
 
 
 
Se a análise for realizada para a ligação C3-C4, somente duas conformações são 
possíveis, uma alternada e uma eclipsada, conforme ocorria para o butano. Se a análise 
for realizada para a ligação C3-C2, quatro conformações principais são possíveis e a 
conformação alternada antiperiplanar é a mais estável, a exemplo do butano: 
 
No caso dos compostos cíclicos, exceto os com anel de três membros e estruturas 
policíclicas rígidas pode haver rotação parcial em torno das ligações simples, resultando 
também em diferentes confôrmeros. 
 O químico alemão Adolf von Baeyer propôs que a instabilidade de anéis com três 
membros deve-se à tensão angular, essa é o distanciamento do ângulo ideal para o carbono 
sp3, e sugeriu que a estabilidade de um cicloalcano pode ser calculada pela determinação 
de quão próximo o ângulo do cicloalcano está do ângulo de ligação tetraédrico ideal de 
109,5°. Os ângulosem um triângulo equilátero são de 60°. Dessa forma, os ângulos de 
ligação no ciclpropano são comprimidos de um ângulo de ligação ideal de 109,5° para 
60°, um desvio de 49,5°, como exemplo: 
 
 
 
 
 
 
Já para o ciclobutano planar os ângulos de ligação teriam de ser comprimidos de 
109,5° para 90°, o ângulo associado com um anel planar de quatro membros. 
 Além disso, Baeyer previu que o ciclopentano seria o mais estável dos 
cicloalcanos, o ciclopentano pode assumir diferentes conformações, a conformação mais 
estável é a conformação envelope, que apresenta quatro átomos no plano e uma cima ou 
abaixo do plano, porque os ângulos de ligação (108°) são próximos do ângulo tetraédrico 
ideal, todavia o cicloexano é mais estável, uma vez que nem todas as moléculas cíclicas 
são planares. 
O cicloexano adota várias conformações por ter maior grau de liberdade. A 
conformação mais estável é chamada cadeira e, não tem ligações eclipsadas, na 
conformação em cadeira do cicloexano, todos os ângulos de ligação têm 111°, que é bem 
próximo do ângulo de ligação tetraédrico ideal de 109,5°, e todos os hidrogênios 
adjacentes estão em oposição. Com isso, esse sistema tem baixa energia, não possuindo 
tensão angular nem tensão torsional. Como mostra a imagem abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 O cicloexano também pode assumir outras conformações menos estáveis. A 
conformação em bote (ou barco) tem todas as ligações eclipsadas e ainda possui uma 
interação estérea entre os átomos de H centrais. Isto explica, por que esta conformação é 
menos importante e tem maior energia do que a conformação em cadeira do cicloexano. 
Como: 
 
 
 
 
 
Girando as ligações levemente, as interações eclipsadas diminuem. A forma em 
que isto ocorre é chamada barco ou bote torcido. Esta conformação tem energia maior do 
que a de cadeira, mas menor do que a de barco. Já quando o carbono é puxado para baixo 
no ponto onde está no mesmo plano dos lados do bote, é obtido um confôrmero muito 
instável, o confôrmero meia cadeira. Além disso, puxando o carbono um pouco mais para 
baixo, produz-se o confôrmero em cadeira. Abaixo pode ser visto um gráfico que mostra 
os confôrmeros do cicloexano e suas energias relativas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Como a conformação em cadeira é mais estável do que as outras, mais de 99% das 
moléculas estão, em um dado instante, na conformação cadeira. Por isto, geralmente, 
desenha-se o cicloexano na forma de cadeira. 
 Para um cicloexano monossubstituído tem-se dois confôrmeros em cadeira em 
equilíbrio. Um onde o substituinte está em equatorial e o outro onde está axial. As formas 
são interconvertidas por um giro. Com uma inversão, todas as ligações que estavam em 
equatorial ficam em axial e vice-versa. Como mostra a imagem abaixo: 
 
 
 
 
 
Em quase todos os casos, o confôrmero com o substituinte em axial é mais 
energético e está presente em menor proporção. Existem duas razões para a forma axial 
ser mais energética: a primeira razão é que no confôrmero equatorial a ligação C-X é 
antiperiplanar a duas ligações C-C (estão a 1800), enquanto no confôrmero axial a ligação 
C-X é sinclinal a duas ligações C-C (estão a 600). Como mostra a imagem: 
 
 
 
 
 
 
E a segunda é que como as interações dos substituintes estão em posições relativas 
1,3 umas das outras, tais interações estéricas desfavoráveis são chamadas interações 1,3 
diaxiais. 
Para cicloexanos com mais de um substituinte, a forma mais estável é a que tem 
o maior número de grupos em equatorial ou os grupos maiores em equatorial. Grupos 
como t-butila e i-propila, geralmente, ficam em equatorial devido à grande interação 
estérea 1,3- diaxial. 
 Para cicloalcanos com dois substituintes podemos utilizar a nomenclatura 
Cis/Trans. O isômero cis tem seus substituintes no mesmo lado do anel. O isômero trans 
tem seus substituintes em lados opostos do anel. Tal nomenclatura se refere a isomeria 
geométrica. Como exemplo: 
 
 
 
 
 
Por último, quando dois anéis cicloexano são fundidos, o segundo anel pode ser 
considerado como um par de substituintes ligados ao primeiro anel. Dessa maneira, o 
isômero terá ambos os substituintes na posição equatorial e o isômero cis terá um 
substituinte na posição equatorial e outro na axial. Portanto, anéis de cicloexano fundidos 
em trans são, então, mais estáveis que anéis de cicloexano fundidos em cis.