ALCANOS_NOMENCLATURA_ANALISE_CONFORMACIONAL_SINTESE_

Prévia do material em texto

DDQQ--FFCCTT--UUNNLL 
 
22001122 
QQUUÍÍMMIICCAA IIII 
RREESSUUMMOOSS DDEE QQUUÍÍMMIICCAA OORRGGÂÂNNIICCAA 
CCAAPPÍÍTTUULLOO IIVV 
JJOOÃÃOO PPAAUULLOO NNOORROONNHHAA 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 2 
CCaappííttuulloo 44 -- AALLCCAANNOOSS:: NNOOMMEENNCCLLAATTUURRAA,, AANNÁÁLLIISSEE CCOONNFFOORRMMAACCIIOONNAALL EE 
IINNTTRROODDUUÇÇÃÃOO ÀÀ SSÍÍNNTTEESSEE 
 
SER FLEXÍVEL OU INFLEXÍVEL 
A ESTRUTURA MOLECULAR FAZ A DIFERENÇA 
 
 
Micrografia eletrónica da miosina 
 
 
1. Quando os seus músculos se contraem, é em grande parte porque muitas ligações C-C sigma 
(simples) estão a rodar (mudanças conformacionais) numa proteína muscular chamada miosina. 
 
2. Quando risca um vidro com um diamante, as ligações simples C-C resistem a todas as forças 
exercidas sobre elas de tal forma que o vidro é riscado e não o diamante. 
 
 
 
 
3. Os nanotubos, uma nova classe de materiais à base de carbono com uma força de cerca cem 
vezes maior do que o aço, têm também uma dureza excepcional. 
 
4. As propriedades destes materiais dependem de muitas coisas, mas é essencial para eles ser ou 
não possível a rotação em torno das ligações C-C. 
 
4.1 INTRODUÇÃO AOS ALCANOS E CICLOALCANOS 
1. Hidrocarbonetos: 
1) Alcanos: CnH2n+2 (saturados) 
i) Cicloalcanos: CnH2n (contendo um único anel) 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 3 
ii) Alcanos e cicloalcanos são tão semelhantes que muitas das suas propriedades podem ser 
consideradas lado a lado. 
2) Alcenos: CnH2n (contendo uma ligação dupla) 
3) Alcinos: CnH2n-2 (contendo uma ligação tripla) 
4.1A FONTES DE ALCANOS: O PETRÓLEO 
1. A principal fonte de alcanos é o petróleo. 
 
4.1B A REFINAÇÃO DO PETRÓLEO 
1. O primeiro passo na refinação de petróleo é a destilação. 
2. Mais de 500 compostos diferentes estão contidos nos destilados de petróleo de ebulição abaixo de 
dos 200 °C, e muitos possuem quase os mesmos pontos de ebulição. 
3. As misturas de alcanos são adequadas para utilização como combustíveis, solventes, e 
lubrificantes. 
4. O petróleo também contém pequenas quantidades de compostos contendo oxigénio, azoto e 
enxofre. 
 
Tabela 4.1 Frações Típicas Obtidas por destilação de Petróleo 
Gama de Ebulição 
da Fração (°C) 
Número de Átomos de 
Carbono por Molécula 
Uso 
Abaixo de 20 C1–C4 Gás natural, gás engarrafado, petroquímica 
20–60 C5–C6 Éter de petróleo, solventes 
60–100 C6–C7 Ligroína, solventes 
40–200 C5–C10 Gasolina (nafta de gasolina) 
175–325 C12–C18 Querosene e combustível para jatos 
250–400 C12 e maior Gás óleo, óleo combustível e óleo diesel 
Líquidos Não-voláteis C20 e maior Óleo mineral refinado, óleo lubrificante, graxa 
Sólidos Não-voláteis C20 e maior Cera de parafina, asfalto e piche 
 
4.1C CRACKING 
 
1. Cracking catalítico: Quando uma mistura de alcanos a partir da fracção de óleo de gás (C12 e 
superiores) é aquecida a uma temperatura muito elevada (~500 °C) na presença de uma 
variedade de catalisadores, as moléculas quebram e reorganizam-se em menores, alcanos mais 
altamente ramificados que possuem 5-10 átomos de carbono. 
2. Cracking térmico: tendem a produzir alcanos com cadeias não ramificadas que têm "octanagem" 
muito baixa. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 4 
3. Octanagem: 
1) Isooctano: o 2,2,4-trimetilpentano queima muito bem em motores de combustão interna e tem uma 
octanagem de 100. 
 
 
2,2,4-trimetilpentano ("isooctano") 
 
2) Heptano [CH3(CH2)5CH3]: produz muito ruído (knocking) quando é queimado em motores de combustão 
interna e tem um índice de octano de 0. 
 
 
4.2 FORMAS DOS ALCANOS 
1. A orientação tetraédrica dos grupos é a regra para os átomos de carbono de todos os alcanos e 
cicloalcanos (hibridação sp3). 
 
 
 Propano Butano Pentano 
 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 
Figura 4.1 Modelos pau-e-bola (Ball-and-stick) para três alcanos simples. 
2. As cadeias de carbono são em ziguezague alcanos não-ramificados contêm apenas 
átomos de carbono 1° e 2°. 
3. Alcanos de cadeia ramificada: 
4. Butano e isobutano são isómeros constitucionais. 
 
 
Figura 4.2 Modelos pau-e-bola (Ball-and-stick) para três alcanos de cadeia ramificada. Em cada um 
dos compostos um átomo de carbono está ligado a mais do que dois outros átomos de carbono. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 5 
5. Constitucionais de isómeros têm diferentes propriedades físicas. 
Tabela 4.2 Constantes Físicas dos Isómeros do Hexano 
Fórmula 
Molecular 
Fórmula Estrutural p.f. (°C) 
p.e. (°C)a 
(1 atm) 
Densidadeb 
(g mL–1) 
Índice de 
Refraçãoa 
(nD 20 °C) 
C6H14 CH3CH2CH2CH2CH3 –95 68,7 0,6594
20 1,3748 
C6H14 
 
–153,7 60,3 0,653220 1,3714 
C6H14 
 
–118 63,3 0,664320 1,3765 
C6H14 
 
–128,8 58 0,661620 1,3750 
C6H14 
 
–98 49,7 0,649220 1,3688 
a.
 Salvo indicação em contrário, todos os pontos de ebulição são a 1 atm ou 760 Torr.
 
b.
 O sobrescrito indica a temperatura a que a densidade foi medida.
 
c.
 O índice de refração é uma medida da capacidade do alcano para refratar os raios de luz. Os valores apresentados são para a luz da linha D do 
espectro de sódio (nD). 
 
6. Número de isómeros constitucionais possíveis: 
 
Tabela 4.3 Número de Isómeros de Alcanos 
Fórmula 
Molecular 
Possível Número de 
Isómeros Constitucionais 
Fórmula 
Molecular 
Possível Número de 
Isómeros Constitucionais 
C4H10 2 C10H22 75 
C5H12 3 C11H24 159 
C6H14 5 C15H32 4347 
C7H16 9 C20H42 366319 
C8H18 18 C30H62 4111846763 
C9H20 35 C40H82 62481801147341 
 
 
4.3 NOMENCLATURA IUPAC DE ALCANOS, HALETOS DE ALQUILO E ÁLCOOIS 
 
 1. Nomes comuns (trivial): os nomes mais antigos dos compostos orgânicos 
1) Ácido acético: acetum (do latim: vinagre). 
2) Ácido fórmico: formicae (do latim: formigas). 
2. Nomes IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry - União Internacional da 
Química Pura e Aplicada): o sistema formal de nomenclatura para compostos orgânicos. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 6 
 
Tabela 4.4 Alcanos Não Ramificados 
Número de 
Carbonos (n) 
Nome 
Fórmula 
(CnH2n+2) 
Número de 
Carbonos (n) 
Nome 
Fórmula 
(CnH2n+2) 
1 Metano CH4 17 Heptadecano C17H36 
2 Etano C2H6 18 Octadecano C18H38 
3 Propano C3H8 19 Nonadecano C19H40 
4 Butano C4H10 20 Eicosano C20H42 
5 Pentano C5H12 21 Henicosano C21H44 
6 Hexano C6H14 22 Docosano C22H46 
7 Heptano C7H16 23 Tricosano C23H48 
8 Octano C8H18 30 Triacontano C30H62 
9 Nonano C9H20 31 Hentriacontano C30H62 
10 Decano C10H22 40 Tetracontano C40H82 
11 Undecano C11H24 50 Pentacontano C50H102 
12 Dodecano C12H26 60 Hexacontano C60H122 
13 Tridecano C13H28 70 Heptacontano C70H142 
14 Tetradecano C14H30 80 Octacontano C80H162 
15 Pentadecano C15H32 90 Nonacontano C90H182 
16 Hexadecano C16H34 100 Hectano C100H202 
 
 
 
Prefixos Numéricos Comummente Usados na Formação de Nomes Químicos 
Numeral Prefixo Numeral Prefixo Numeral Prefixo 
1/2 hemi- 13 trideca- 28 octacosa- 
1 mono- 14 tetradeca- 29 nonacosa- 
3/2 sesqui- 15 pentadeca- 30 triaconta- 
2 di-, bi- 16 hexadeca- 40 tetraconta- 
3 tri- 17 heptadeca- 50 pentaconta- 
4 tetra- 18 octadeca- 60 hexaconta- 
5 penta- 19 nonadeca- 70 heptaconta- 
6 hexa- 20 eicosa- 80 octaconta- 
7 hepta- 21 heneicosa- 90 nonaconta- 
8 octa- 22 docosa- 100 hecta- 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 7 
9 nona-, ennea- 23 tricosa- 101 henhecta- 
10 deca- 24 tetracosa- 102 dohecta- 
11 undeca-, hendeca- 25 pentacosa- 110 decahecta- 
12 dodeca- 26 hexacosa- 120 eicosahecta- 
 27 heptacosa- 200 dicta- 
 
 
 
 Prefixos do Sistema Internacional (SI) 
Fator Prefixo Símbolo Fator Prefixo Símbolo 
10-18 atto a 10deca d 
10-15 femto f 102 hecto h 
10-12 pico p 103 kilo k 
10-9 nano n 106 mega M 
10-6 micro 109 giga G 
10-3 milli m 1012 tera T 
10-2 centi c 1015 peta P 
10-1 deci d 1018 exa E 
 
 
 
4.3A NOMENCLATURA DE GRUPOS ALQUILO NÃO RAMIFICADOS 
1. Grupos Alquil: -ano -ilo (alcano alquilo) 
 
Alcano Grupo Alquilo Abreviatura 
CH3—H 
Metano 
torna-se 
CH3— 
Metilo 
Me– 
CH3CH2—H 
Etano 
torna-se 
CH3CH2— 
Etilo 
Et– 
CH3CH2CH2—H 
Propano 
torna-se 
CH3CH2CH2— 
Propilo 
Pr– 
CH3CH2CH2CH2—H 
Butano 
torna-se CH3CH2CH2CH2— 
Butilo 
Bu– 
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 8 
 
4.3B NOMENCLATURA DE ALCANOS RAMIFICADOS 
1. Localizar a mais longa cadeia contínua de átomos de carbono; esta cadeia determina o nome 
principal para o alcano. 
 
 
2. Numerar do início cadeia mais longa pela extremidade da cadeia mais perto do substituinte. 
 
 
3. Usar os números obtidos por aplicação da regra 2 para designar a localização do grupo 
substituinte. 
 
1) O nome pai é colocado por último; o grupo substituinte, precedido pelo número que indica 
a sua localização na cadeia, é colocado em primeiro lugar. 
 
4. Quando dois ou mais substituintes estão presentes, dar a cada substituinte um número 
correspondente à sua localização na cadeia mais longa. 
 
 
1) Os grupos substituintes são listados por ordem alfabética. 
2) Ao decidir a ordem alfabética ignorar os prefixos multiplicadores como "di" e "tri". 
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 9 
5. Quando dois substituintes estão presentes no mesmo carbono, utilizar o número duas vezes. 
 
 
6. Quando dois ou mais substituintes são idênticos, usar os prefixos di-, tri-, tetra-, e assim por 
diante. 
 
 
7. Quando duas cadeias de igual comprimento competirem para a seleção da cadeia principal, 
escolher a cadeia com o maior número de substituintes. 
 
(quatro substituintes) 
 
8. Quando a ramificação ocorre primeiro a uma distância igual de cada extremidade da cadeia 
mais longa, escolher o nome que origine o número mais baixo no primeiro ponto de 
diferença. 
 
 
4.3C NOMENCLATURA DE GRUPOS ALQUILO RAMIFICADOS 
1. Grupos com Três Carbonos- 
 
 
1) 1-metiletilo é o nome sistemático; isopropilo é um nome comum. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 10 
2) Numerar sempre começando no ponto em que o grupo está ligado à cadeia principal. 
 
2. Grupos com Quatro Carbonos- 
 
 
 
 
1) 4 grupos alquilo: 2 derivados do butano; 2 derivados do isobutano. 
 
3. Exemplos: 
 
 
 
 
 
 
4. Os nomes comuns isopropilo, isobutilo, sec-butilo, terc-butilo são aprovados pela IUPAC para 
os grupos não substituídos. 
1) Ao decidir a ordem alfabética não considerar os prefixos que estão escritos em itálico e 
separados do nome por um hífen. Assim, "terc-butil" precede "etilo", mas "etilo" precede 
"isobutilo". Nota: terc- ou tert- ou t-. 
 
5. O nome comum do grupo neopentilo é aprovado pela IUPAC. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 11 
 
4.3D CLASSIFICAÇÃO DE ÁTOMOS DE HIDROGÉNIO 
1. Os átomos de hidrogénio são classificados com base no átomo de carbono ao qual eles estão 
ligados. 
 
1) Primário (1°), secundário (2°), terciário (3°): 
 
 
 
 
2,2-Dimetilpropano (neopentano) tem apenas hidrogénios 1°s 
 
 
4.3E NOMENCLATURA DE HALETOS DE ALQUILO 
1. Haloalcanos: 
 
 CH3CH2Cl CH3CH2CH2F CH3CHBrCH3 
 Cloroetano 1-Fluoropropano 2-Bromopropano 
 Cloreto de etilo Fluoreto de n-propilo Brometo de isopropilo 
 
1) Quando a cadeia principal tem tanto um halogénio e um substituinte alquilo ligado a ela, 
numerar a cadeia a partir da extremidade mais próxima do substituinte citado em primeiro 
lugar. 
 
 
 
 2-Cloro-3-metilpentano 2-Cloro-4-metilpentano 
 
2) Os nomes comuns para haloalcanos simples são aceites pela IUPAC halogenetos de 
alquilo (nomenclatura radicofuncional). 
 
 (CH3)3CBr CH3CH(CH3)CH2Cl (CH3)3CCH2Br 
 2-Bromo-2-metilpropano 1-Cloro-2-metilpropano 1-Bromo-2,2-dimetilpropano 
 Brometo de terc-butilo Cloreto de isobutilo Brometo de neopentilo 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 12 
4.3F NOMENCLATURA DE ALCOÓIS 
1. Nomenclatura substitutiva IUPAC: localizadores, prefixos, composto pai, e um sufixo. 
 
 
4-Metil-1-hexanol 
 localizador prefixo localizador pai sufixo 
 
1) O localizador 4 - diz que o substituinte grupo metilo, nomeado como um prefixo, está 
ligado ao composto pai em C4. 
2) O nome do pai é hexano. 
3) Um álcool tem o sufixo -ol. 
4) O localizador 1 – indica que no C1 tem o grupo hidroxilo. 
5) De um modo geral, a numeração da cadeia começa sempre na extremidade mais próxima 
do grupo nomeado como um sufixo (função principal). 
 
2. Nomes substitutivos IUPAC para alcoóis: 
1) Selecionar a cadeia carbonada contínua mais longa à qual o hidroxilo está diretamente 
ligado. 
2) Mudar o nome do alcano correspondente a esta cadeia, retirando o -o -final e acrescentar 
o sufixo -ol. 
3) Numerar da cadeia carbonada contínua mais longa de modo a atribuir ao átomo de 
carbono que suporta o grupo hidroxilo o número mais baixo. 
4) Indicar a posição do grupo hidroxilo, utilizando este número como um localizador; indicar 
as posições de outros substituintes (como prefixos) usando os números correspondentes 
para as suas posições como localizadores. 
 
 
 
 1-Propanol 2-Butanol 4-Metil-1-pentanol 
 (não 2-metil-5-pentanol) 
 
 
 
 3-Cloro-1-propanol 4,4-Dimetil-2-pentanol 
 
3. Nomes radicalfuncional comuns para álcoois: 
1) Álcoois simples são muitas vezes chamados por nomes comuns que são aprovados pela 
IUPAC. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 13 
2) Álcool metílico, álcool etílico, álcool isopropílico, e outros exemplos: 
 
 CH3CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2OH 
 álcool propílico álcool butílico álcool sec-butílico 
 
 
 álcool terc-butílico álcool isobutílico álcool neopentílico 
 
3) Os álcoois que contêm dois grupos hidroxilo são vulgarmente designados por glicóis. No 
sistema IUPAC substitutivo eles são nomeados como dióis. 
 
 
 
4.4 NOMENCLATURA DE CICLOALCANOS 
4.4A COMPOSTOS MONOCÍCLICOS 
1. Cicloalcanos com apenas um anol: 
 
 Ciclopropano Ciclopentano 
 
1) Cicloalcanos substituídos: alquilcicloalcanos, halocicloalcanos, 
 alquilcicloalcanóis 
 
2) Numerar o anel iniciando no substituinte citado em primeiro lugar no alfabeto, e numerar 
na direcção que dá o menor número possível ao substituinte seguinte. 
3) Quando três ou mais substituintes estão presentes, inicia-se no substituinte que leva ao 
menor conjunto de localizadores. 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 14 
 
 Isopropilciclo-hexano Clorociclopentano 2-Metilciclo-hexanol 
 
 
 1-Etil-3-metilciclo-hexano 4-Cloro-2-etil-1-metilciclo-hexano 
 (não 1-Etil-5-metilciclo-hexano) (não 1-Cloro-3-etil-4-metilciclo-hexano) 
 
2. Quando um anel simples está ligado a uma cadeia simples com um maior número de átomos 
de carbono, ou quando mais de um anel está ligado a uma cadeia simples: 
 
 
 1-Ciclobutilpentano 1,3-Diciclo-hexilpropano 
 
4.4B COMPOSTOS BICÍCLICOS 
1. Bicicloalcanos: compostos contendo dois anéis fundidos ou ponte. 
 
 
 
 
1) O número de átomos de carbono em cada ponte está interposto entre parêntesis retos por 
ordem decrescente de comprimento. 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 15 
 
 
 Biciclo[2.2.1]heptano Biciclo[1.1.0]butano 
 (também chamado norbornano) 
 
2) Numerar o sistema de anel em ponte começando numa testa de ponte (carbono comum a 
vários anéis), seguindo ao longo da ponte mais longa até outra testa de ponte, em seguida, 
ao longo da maior ponte para a testa de ponte inicial. 
 
 8-Metilbiciclo[3.2.1]octano 8-Metilbiciclo[4.3.0]nonano4.5 NOMENCLATURA DE ALCENOS E CICLOALCENOS 
1. Nomes comuns de alcenos: 
 
 
 
4.5A REGRAS IUPAC 
1. Determinar o nome pai, selecionando a cadeia mais longa que contém a ligação dupla e 
mudar o final do nome do alcano de comprimento idêntico de -ano para -eno. 
 
2. Numerar da cadeia de modo a incluir ambos os átomos de carbono da ligação dupla, e 
começar a numeração no final da cadeia mais próximo da ligação dupla. Designar o local da 
ligação dupla, usando o número do primeiro átomo da ligação dupla como um prefixo: 
 
 
 
 1-Buteno (não 3-Buteno) 2-Hexeno (não 4-Hexeno) 
 
3. Indicar as localizações dos grupos substituintes pelos números dos átomos de carbono aos 
quais eles estão ligados. 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 16 
 
 
 2-Metil-2-buteno 2,5-Dimetil-2-hexeno 
 (não 3-metil-2-buteno) (não 2,5-dimetil-4-hexeno) 
 
 
 
 5,5-Dimetil-2-hexeno 1-Cloro-2-buteno 
 
4. Numerar cicloalcenos substituídos de maneira a dar aos átomos de carbono da ligação dupla 
as posições 1 e 2 e também dar aos grupos substituintes os menores números no primeiro 
ponto de diferença. 
 
 
 
 
 1-Metilciclopenteno 3,5-Dimetilciclo-hexeno 
 (não 2-metilciclopenteno) (não 4,6-dimetilciclo-hexeno) 
 
5. Nomear compostos contendo uma ligação dupla e um grupo álcool como alcenóis (ou 
cicloalcenóis) e dar o menor número ao carbono álcool. 
 
 
 
 4-Metil-3-penten-2-ol 2-Metil-2-ciclo-hexen-1-ol 
 
6. O grupo vinilo e o grupo alilo. 
 
 
 
 O grupo vinilo O grupo alilo 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 17 
 
 
 Bromoeteno ou 3-Cloropropeno ou 
 Brometo de vinilo (comum) Cloreto de alilo (comum) 
 
7. Alcenos cis- e trans- : 
 
 
 
 cis-1,2-Dicloroeteno trans-1,2-Dicloroeteno 
 
4.6 NOMENCLATURA DE ALCINOS 
1. Os alcinos são nomeados em muito da mesma maneira como os alcenos substituindo -ano 
por -ino. 
1) A cadeia é numerada para dar aos átomos de carbono da ligação tripla os números mais 
baixos possíveis. 
2) O número mais baixo dos dois átomos de carbono da ligação tripla é usado para designar o 
local da ligação tripla. 
3) Quando há uma escolha dar à ligação dupla o menor número (as duplas têm prioridade 
sobre as triplas). 
 
 
 
 Etino ou acetileno 2-Pentino 1-Penten-4-ino 
 
 
 
 3-Cloropropino 1-Cloro-2-butino 3-Butin-1-ol 
 
 
 
 5-Metil-1-hexino 4,4-Dimetil-1-pentino 2-Metil-4-pentin-2-ol 
 
2. Alcinos terminais: 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 18 
 
1) Ião alcinido (ião acetilido): 
 
 
 Um ião alcinido (um ião acetilido) O ião propinido 
 
 
4.7 PROPRIEDADES FÍSICAS DE ALCANOS E CICLOALCANOS 
1. Uma série de compostos, em que cada membro difere do membro próximo por uma unidade 
constante, é chamado uma série homóloga. Os membros de uma série homóloga são 
chamados homólogos. 
1) À temperatura ambiente (25 °C) e 1 atm de pressão, os alcanos C1-C4 não ramificados são 
gases, os alcanos C5-C17 ramificados são líquidos; os alcanos não ramificados, com 18 ou 
mais átomos de carbono são sólidos. 
 
4.7A PONTOS DE EBULIÇÃO 
1. Os pontos de ebulição dos alcanos ramificados mostram um aumento regular com o aumento 
do peso molecular. 
 
 
 
Figura 4.3 Pontos de ebulição de alcanos não ramificados (a vermelho) e cicloalcanos (a branco). 
 
2. A ramificação da cadeia do alcano baixa o ponto de ebulição (Tabela 4.2). 
1) Pontos de ebulição de C6H14: hexano (68,7 °C); 2-metilpentano (60,3 °C); 3-metilpentano 
(63,3 °C); 2,3-dimetilbutano (58 °C); 2,2-dimetilbutano (49,7 °C). 
3. À medida que aumenta o peso molecular dos alcanos não ramificados, o aumenta o tamanho 
molecular e mais importante ainda aumenta as áreas de superfície molecular. 
1) Área de superfície crescente aumenta as forças de van der Waals entre as moléculas 
mais energia (temperatura mais elevada) é necessária para separar as moléculas umas das 
outras e entrarem em ebulição. 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 19 
4. Ramificação de cadeia faz uma molécula mais compacta, reduzindo a área de superfície e 
com ela diminuindo as forças de van der Waals entre moléculas adjacentes baixar o ponto 
de ebulição. 
 
4.7B PONTOS DE FUSÃO 
1. Existe uma alteração na progressão dos alcanos não ramificados com um número par de 
átomos de carbono para o próximo com um número ímpar de átomos de carbono. 
1) Pontos de fusão: etano (-183 °C); propano (-188 °C); butano (-138 °C); pentano (-130 °C). 
 
 
 
Figura 4.4 Pontos de fusão de alcanos não ramificados. 
2. Estudos de difração de raios-X revelaram que as cadeias de alcanos com um número par de 
átomos de carbono empilham mais proximamente no estado cristalino forças de atração 
entre as cadeias individuais são maiores e pontos de fusão são superiores. 
3. Ramificação produz resultados estruturas altamente simétricas com pontos de fusão 
anormalmente elevados. 
1) 2,2,3,3-Tetrametilbutano (p.f. 100,7 °C); (p.e. 106,3 °C). 
 
 
2,2,3,3-Tetrametilbutano
 
 
 
4.7C DENSIDADE 
1. Os alcanos e cicloalcanos são os menos densos de todos os grupos de compostos orgânicos. 
 
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 20 
Tabela 4.5 Constantes Físicas de Cicloalcanos 
Número de 
átomos de 
Carbono 
Nome 
p.e. (°C) 
(1 atm) 
p.f. (°C) 
Densidade 
d20 (g mL–1) 
Índice de Refração 
(
20
Dn ) 
3 Ciclopropano –33 –126,6 ––– ––– 
4 Ciclobutano 13 –90 ––– 1,4260 
5 Ciclopentano 49 –94 0,751 1,4064 
6 Ciclo-hexano 81 6,5 0,779 1,4266 
7 Ciclo-heptano 118,5 –12 0,811 1,4449 
8 Ciclooctano 149 13,5 0,834 ––– 
 
4.7D SOLUBILIDADE 
1. Alcanos e cicloalcanos são quase totalmente insolúveis em água devido à sua polaridade 
muito baixa e à sua incapacidade de formar pontes de hidrogénio. 
1) Alcanos e cicloalcanos líquidos são solúveis uns nos outros (miscíveis), e geralmente 
dissolvem-se em solventes de baixa polaridade. 
 
4.8 LIGAÇÕES SIGMA E ROTAÇÃO DE LIGAÇÃO 
1. Conformações: as formas moleculares temporárias que resultam de rotações de grupos em 
torno de ligações simples. 
2. Análise conformacional: a análise das alterações de energia que uma molécula sofre com 
grupos ao rodarem em torno de ligações simples. 
 
 
Figura 4.5 a) A conformação em estrela (escalonada) do etano. b) A projecção Newman para a 
conformação em estrela. 
 
3. Conformação em estrela (escalonada): permite a máxima separação dos pares de eletrões das 
seis ligações C-H tem a mais baixa energia conformação mais estável. 
 
4. Projeção de Newman: 
5. Projecção em cavalete: 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 21 
 
 
 
Os átomos de hidrogénio foram omitidos para maior clareza. 
 
6. Conformação eclipsada: máxima interação repulsiva entre os pares de eletrões das seis 
ligações C-H tem a maior energia conformação menos estável. 
 
 
 
Figura 4.6 a) A conformação eclipsada do etano. b) A projecção Newman para a conformação eclipsada. 
 
 
7. Barreira torsional: a barreira de energia para a rotação de uma ligação simples. 
 
1) No etano a diferença de energia entre as conformações em estrela e eclipsada é de 12 kJ 
mol-1 (2,87 kcal mol-1). 
 
 
 
Figura 4.7 Variações de energia potencial que acompanham a rotação dos grupos sobre a 
ligação carbono-carbono do etano. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 22 
 
2) A menos que a temperatura seja extremamente baixa (-250 °C), muitas moléculas de etano 
(a qualquer momento) irão ter energia suficiente para superar esta barreira. 
3) Uma molécula de etano vai passar a maior parte de seu tempo na conformação em estrela 
de menor energia, ou numa conformação muito próxima de estrela (escalonada). Muitas 
vezes a cada segundo, ele irá adquirir energia suficiente através decolisões com outras 
moléculas para superar a barreira de torção e vai girar através de uma conformação 
eclipsada. 
4) Para um grande número de moléculas de etano, a maioria das moléculas (em qualquer dado 
momento) estará na conformação em estrela ou quase em estrela (alterna). 
 
8. Etanos substituídos, GCH2CH2G (G é um grupo ou átomo diferente de hidrogénio): 
1) As barreiras à rotação são pequenas demais para permitir o isolamento das diferentes 
conformações em estrela ou confórmeros, mesmo a temperaturas consideravelmente 
abaixo da temperatura ambiente. 
 
 
 
Estes confórmeros não podem ser isolados, exceto a temperaturas extremamente baixas. 
 
4.9 ANÁLISE CONFORMACIONAL DO BUTANO 
4.9A ANÁLISE CONFORMACIONAL DO BUTANO 
1. O etano tem uma barreira ligeira à livre rotação sobre a ligação simples C-C. 
1) Esta barreira (tensão de torção) faz com que a energia potencial da molécula de etano suba 
para um máximo quando a rotação coloca os átomos de hidrogénio numa conformação 
eclipsada. 
 
2. Conformações importantes do butano I - VI: 
 
 
 
 I II III IV V VI 
 Anti Eclipsada Gauche Eclipsada Gauche Eclipsada 
 
 
1) A conformação anti (I): não tem tensão de torção mais estável. 
2) As conformações gauche (III e V): os dois grupos metilo estão suficientemente perto um do 
outro as forças de van der Waals entre eles são repulsivas a tensão de torção é 3,8 kJ 
mol-1 (0,91 kcal mol-1). 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 23 
3) A conformação eclipsada (II, IV e VI): energia máxima II e VI têm tensão de torção e 
repulsões de van der Waals decorrentes do grupo metilo eclipsado e os átomos de 
hidrogénio; IV tem a maior energia, devido à grande força de repulsão van der Waals 
resultante dos grupos metilo eclipsados. 
4) As barreiras de energia são ainda demasiado pequenas para permitir o isolamento das 
conformações gauche e anti a temperaturas normais. 
 
 
 
Figura 4.8 Variações de energia que surgem a partir da rotação sobre a ligação C2-C3 do butano. 
 
3. Forças de van der Waals podem ser atrativas ou repulsivas: 
1) A atração ou repulsão depende da distância que separa os dois grupos. 
2) Num grupo a distribuição de eletrões momentaneamente assimétrica induz uma polaridade 
oposta no outro quando cargas opostas estão muito próximas leva à atração entre elas. 
3) A atração aumenta até um máximo com a diminuição da distância internuclear dos dois 
grupos A distância internuclear é igual à soma dos raios van der Waals entre os dois 
grupos. 
4) O raio van der Waals é uma medida do seu tamanho. 
5) Se os grupos se aproximam cada vez mais – e ficam mais próximos do que a soma dos raios 
de van der Waals – a interacção entre eles torna-se repulsiva as suas nuvens de eletrões 
começam a penetrar mutuamente, e começam a ocorrer fortes interacções eletrão-eletrão. 
 
 
4.10 AS ESTABILIDADES RELATIVAS DE CICLOALCANOS: TENSÃO DE ANEL 
1. Tensão de anel: a instabilidade de cicloalcanos, devido às suas estruturas cíclicas ângulo de 
tensão e tensão de torção. 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 24 
4.10A CALORES DE COMBUSTÃO 
1. O calor de combustão: a variação de entalpia para a oxidação completa de um composto 
para um hidrocarboneto significa convertê-lo em CO2 e água. 
1) Para o metano, o calor de combustão é -803 kJ mol-1 (-191,9 kcal mol-1): 
 
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O H° = –803 kJ mol
–1 
 
2) O calor de combustão pode ser usado para medir a estabilidade relativa de isómeros. 
 
CH3CH2CH2CH3 + 6
2
1
 O2 4 CO2 + 5 H2O H° = –2877 kJ mol
–1 
 (C4H10, butano) –687,6 kcal mol
–1 
 
 + 6
2
1
 O2 4 CO2 + 5 H2O H° = –2868 kJ mol
–1 
 (C4H10, isobutano) –685,5 kcal mol
–1 
 
i) Uma vez que o butano liberta mais calor (9 kJ mol-1 = 2,15 kcal mol-1) na combustão do 
que o isobutano, este deve conter mais energia potencial relativa. 
ii) O isobutano deve ser mais estável. 
 
 
 
Figura 4.9 Calores de combustão mostram que o isobutano é 9 kJ mol-1 mais estável do que o butano. 
 
 
4.10B CALORES DE COMBUSTÃO DE CICLOALCANOS 
(CH2)n + 
2
3
n O2 n CO2 + n H2O + calor 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 25 
Tabela 4.6 Calores de Combustão e Tensão Anelar de Cicloalcanos 
Cicloalcano (CH2)n n 
Calor de 
Combustão 
(kJ mol–1) 
Calor de Combustão 
por Grupo CH2 
(kJ mol–1) 
Tensão de Anel 
(kJ mol–1) 
Ciclopropano 3 2091 697,0 (166,59)a 115 (27,49)a 
Ciclobutano 4 2744 686,0 (163,96)a 109 (26,05)a 
Ciclopentano 5 3320 664,0 (158,70)a 27 (6,45)a 
Ciclo-hexano 6 3952 658,7 (157,43)a 0 (0)a 
Ciclo-heptano 7 4637 662,4 (158,32)a 27 (6,45)a 
Ciclooctano 8 5310 663,8 (158,65)a 42 (10,04)a 
Ciclononano 9 5981 664,6 (158,84)a 54 (12,91)a 
Ciclodecano 10 6636 663,6 (158,60)a 50 (11,95)a 
Ciclopentadecano 15 9885 659,0 (157,50)a 6 (1,43)a 
alcano não ramificado 658,6 (157,39)a ––– 
a. Em kcal mol–1. 
 
 
1. O ciclo-hexano tem o menor calor de combustão por grupo CH2 (658,7 kJ mol
-1). o mesmo 
que alcanos não ramificados (não tendo qualquer tensão de anel) ciclo-hexano não tem 
tensão de anel. 
2. O ciclopropano tem o maior calor de combustão por grupo CH2 (697 kJ mol
-1) o 
ciclopropano tem a maior tensão de anel (115 kJ mol-1) o ciclopropano contém a maior 
quantidade de energia potencial por grupo CH2. 
1) Quanto maior tensão de anel uma molécula possui, mais energia potencial tem e menos 
estável será. 
3. O ciclobutano tem o segundo maior calor de combustão por grupo CH2 (686,0 kJ mol
-1) o 
ciclobutano tem a segunda maior tensão de anel (109 kJ mol-1). 
4. O ciclopentano e o ciclo-heptano têm aproximadamente a mesma modesta tensão de anel (27 
kJ mol-1). 
 
 
4.11 A ORIGEM DA TENSÃO DE ANEL NO CICLOPROPANO E CICLOBUTANO: 
ÂNGULO DE TENSÃO E TENSÃO TORSIONAL 
 
1. Os átomos de carbono dos alcanos são hibridados sp3 o ângulo de ligação é 109,5°. 
1) O ângulo interno do ciclopropano é de 60° e afasta-se do ângulo ideal por um valor muito 
grande — por 49,5°. 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 26 
 
 
 
 
 (a) (b) (c) 
 
Figura 4.10 (a) A sobreposição orbital nas ligações carbono-carbono do ciclopropano não pode 
ocorrer de modo perfeito. Este facto leva a ligações frágeis "dobradas" e a tensão angular. (b) os 
comprimentos de ligação e ângulos no ciclopropano. (c) A projeção de Newman vista ao longo de 
uma ligação carbono-carbono mostra os hidrogénios em eclipse (a visualização ao longo de qualquer 
das outras duas ligações mostra as mesmas imagens.) 
 
2. Tensão angular: o aumento de energia potencial resultou da compressão do ângulo interno de 
um cicloalcano a partir do ângulo normal do carbono sp3 hibridado. 
1) As orbitais sp3 dos átomos de carbono não se podem sobrepor de forma tão eficaz como o 
fazem nos alcanos (onde sobreposição perfeita é possível). 
 
 
(a) (b) 
 
Figura 4.11 (a) A conformação "dobrada" ou "inclinada" do ciclobutano. (b) A forma "torta" ou em 
"envelope" do ciclopentano. Nesta estrutura o átomo de carbono da frente é dobrado para cima. Na 
realidade, a molécula é flexível e muda constantemente as conformações. 
 
2) As ligações C-C do ciclopropano estão "dobradas" a sobreposição dos orbitais é menos 
eficaz (as orbitais utilizadas por estas ligações não são sp3 puras, elas contêm mais caráter p) 
 as ligações C-C do ciclopropano são mais fracas o ciclopropano tem maior energia 
potencial. 
3) Os átomos de hidrogénio do anel de ciclopropano estão todos em eclipse o ciclopropano 
tem tensão torsional. 
4) Os ângulos internos do ciclobutano são 88 ° possui uma considerável tensão angular. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 27 
5) O anel do ciclobutano não é planar mas é um pouco "dobrado"possui uma maior tensão 
torsional que pode ser aliviada por sacrificar um pouco da tensão ângular. 
 
4.11A CICLOPENTANO 
1. O ciclopentano tem pouca tensão torsional e tensão angular. 
1) Os ângulos internos são de 108 ° tensão angular muito baixa se for planar considerável 
tensão torsional. 
2) O ciclopentano assume uma conformação ligeiramente curvada alivia alguma da tensão 
torsional. 
3) O ciclopentano é flexível e muda rapidamente de uma conformação para a outra. 
 
4.12 CONFORMAÇÕES DO CICLO-HEXANO 
1. A conformação mais estável do anel ciclo-hexano é a conformação em "cadeira": 
 
Figura 4.12 Representações da conformação em cadeira do ciclo-hexano: (a) esqueleto de 
carbono apenas; (b) átomos de carbono e hidrogénio, (c) Desenho de linha, (d) modelo 
preenchimento de espaço (space-filling model) do ciclo-hexano. Note-se que existem dois 
tipos de substituintes de hidrogénio - aqueles que se projectam, perpendicularmente para 
cima ou para baixo do plano do anel (mostrado a vermelho) e aqueles que se encontram 
em torno do perímetro do anel em orientações mais subtis para cima ou para baixo 
(mostrado em preto ou cinzento). Ver secção 4.13. 
 
1) Os ângulos das ligações C—C são todos 109,5° livres de tensão angular. 
2) O ciclo-hexano em cadeira está livre de tensão torsional: 
i) Quando visto ao longo de qualquer ligação C—C, os átomos são vistos como sendo 
perfeitamente em estrela. 
ii) Os átomos de hidrogénio nos cantos opostos (C1 e C4) do anel do ciclo-hexano estão 
maximamente separados. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 28 
 
 
 (a) (b) 
 
Figura 4.13 (a) Uma projecção de Newman da conformação em cadeira do ciclo-hexano. (As 
comparações com um modelo real molecular irá tornar mais clara esta estrutura e vai mostrar que 
são vistos arranjos em estrela semelhantes quando outras ligações carbono-carbono são escolhidas 
para observação.) (b) Ilustração da grande separação entre os átomos de hidrogénio em cantos 
opostos do anel (designados C1 e C4) quando o anel está na conformação em cadeira. 
 
2. A Conformação em Barco do ciclo-hexano: 
1) A conformação em barco do ciclo-hexano é livre de tensão angular. 
2) O ciclo-hexano em barco possui tensão torsional e interação de mastro. 
i) Quando visto ao longo da ligação C—C em ambos os lados, os átomos encontram-se em 
conformação eclipsada tensão torsional considerável. 
ii) Os átomos de hidrogénio nos cantos opostos (C1 e C4) do anel de ciclo-hexano estão 
suficientemente próximos para causar repulsão de van der Waals interacção de mastro. 
 
 
 
 
Figura 4.14 (a) A conformação em barco do ciclo-hexano é formada ao "torcer" uma extremidade 
da cadeira para cima (ou para baixo). Esta torsão requer apenas rotações de ligações simples 
carbono-carbono. (b) Modelo de pau-e-bola da conformação em barco. (c) Modelo de 
preenchimento de espaço (space-filling). 
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 29 
 
 
 
(a) (b) 
 
Figura 4.15 (a) Ilustração da conformação eclipsada da conformação em barco do ciclo-hexano. 
(b) interação de mastro (flagpole) dos átomos de hidrogénio C1 e C4 da conformação 
em barco. 
 
3. A conformação em cadeira é muito mais rígida do que a conformação em barco. 
1) A conformação em barco é bastante flexível. 
2) Por flexão para a conformação torcida, a conformação em barco pode aliviar alguma da sua 
tensão torsional e reduz as interações de mastro. 
 
 
 
Figura 4.16 (a) Esqueleto de carbono e (b) desenho de linhas da conformação torcida do ciclo-hexano 
 
4. À temperatura ambiente a barreira de energia entre as conformações em cadeira, barco e 
torcida do ciclo-hexano é suficientemente baixa para que a separação dos confórmeros seja 
impossível. 
1) Devido à maior estabilidade da conformação em cadeira, estima-se que em qualquer dado 
momento, mais de 99% das moléculas estejam em conformação em cadeira. 
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 30 
 
 
Figura 4.17 As energias relativas das diferentes conformações do ciclo-hexano. As posições de 
máxima energia são chamadas conformações em meia-cadeira, nos quais os átomos de carbono 
de uma extremidade do anel se tornaram coplanares. 
 
Tabela 4-1 Custos de Energia para interações em confórmeros de alcanos 
Interação Causa 
Custo de energia 
 (kcal/mol) (kJ/mol) 
H–H eclipsada Tensão torsional 1,0 4 
H–CH3 eclipsada Principalmente tensão torsional 1,4 6 
CH3–CH3 eclipsada Tensão torsional mais estérica 2,5 11 
CH3–CH3 gauche Tensão estérica 0,9 4 
 
 
O Sir Derek HR Barton (1918-1998, Prof. de Química da Texas A & M University) e Odd Hassell (1897-
1981, Prof. de Química Física da Universidade de Oslo) dividiram o prémio Nobel em 1969 "por 
desenvolver e aplicar os princípios da conformação em química". O seu trabalho levou à 
compreensão fundamental não só das conformações de anéis ciclo-hexano, mas também as 
estruturas de esteróides (policíclicos) e outros compostos contendo anéis ciclo-hexano. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 31 
 
4.12A CONFORMAÇÃO DE CICLOALCANOS SUPERIORES 
1. O ciclo-heptano, ciclooctano e ciclononano e outros cicloalcanos mais elevados existem em 
conformações não planar. 
2. A tensão torsional e as repulsões de van der Waals entre átomos de hidrogénio através dos 
anéis (torção transanular) causam pequenas instabilidades nestes cicloalcanos mais elevados. 
3. A conformação mais estável do ciclodecano tem ângulos de ligação C−C−C de 117°. 
1) Tem alguma tensão angular. 
2) Permite que as moléculas expandam e, deste modo, minimizem repulsões desfavoráveis 
entre os átomos de hidrogénio no anel. 
 
 
Um catenano (n ≥ 18)
 
 
 
4.13 CICLO-HEXANOS SUBSTITUÍDOS: ÁTOMOS DE HIDROGÉNIO AXIAIS E 
EQUATORIAIS 
 
1. O anel de seis membros é o anel mais comum entre as moléculas orgânicas na natureza. 
2. A conformação em cadeira do ciclo-hexano é a mais estável e é a conformação predominante 
das moléculas numa amostra de ciclo-hexano. 
1) Hidrogénios equatoriais: os átomos de hidrogénio se encontram em torno do perímetro de 
átomos de carbono do anel. 
2) Hidrogénios axiais: os átomos de hidrogénio orientam-se numa direcção que é geralmente 
perpendicular à média dos átomos de carbono do anel. 
 
 
 
Figura 4.18 A conformação em cadeira do ciclo-hexano. Os átomos de hidrogénio axiais são 
mostrados a cor. 
 
 
 (a) (b) 
 
Figura 4.19 (a) séries de linhas paralelas que compõem o anel e as ligações equatoriais C–H da 
conformação em cadeira. (b) As ligações axiais são todas verticais. Quando o vértice do anel aponta 
para cima, a ligação axial é para cima e vice-versa. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 32 
 
3) O anel torce: 
i) O anel ciclo-hexano rapidamente vira para trás e para frente entre duas conformações 
em cadeira equivalentes através de rotações parciais das ligações C—C. 
ii) Quando o anel torce, todas as ligações que eram axiais tornam-se equatoriais e vice-
versa. 
 
 
 
3. A conformação mais estável de ciclo-hexanos substituídos: 
1) Existem duas conformações em cadeira possíveis do metilciclo-hexano. 
 
 
Figura 4.20 (a) As conformações do metilciclo-hexano com o grupo metilo axial (1) e equatorial (2). 
(b) Interacções 1,3-diaxiais entre os dois átomos de hidrogénio axiais e o grupo metilo axial na 
conformação axial do metilciclo-hexano são mostradas com setas tracejadas. Ocorre menos 
aglomeração na conformação equatorial. 
 
2) A conformação do metilciclo-hexano com um grupo metilo equatorial é mais estável 7,6 kJ 
mol-1 do que a conformação com um grupo metilo axial. 
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 33 
Tabela 4.7 Relações Entre a Variação da Energia-livre e as 
Percentagens de Isómeros para Isómeros em Equilíbrio a 25 °C 
 
Variação da Energia-livre 
G° (kJ mol–1) K 
Isómero Mais 
Estável (%)Isómero Menos 
Estável (%) 
Mais/menos 
 0 (0)b 1,00 50 50 1,00 
 1,7 (0,41)b 1,99 67 33 2,03 
 2,7 (0,65)b 2,97 75 25 3,00 
 3,4 (0,81)b 3,95 80 20 4,00 
 4 (0,96)b 5,03 83 17 4,88 
 5,9 (1,41)b 10,83 91 9 10,11 
 7,5 (1,79)b 20,65 95 5 19,00 
 11 (2,63)b 84,86 99 1 99,00 
 13 (3,11)b 190,27 99,5 0,5 199,00 
 17 (4,06)b 956,56 99,9 0,1 999,00 
 23 (5,50)b 10782,67 99,99 0,01 9999,00 
a. G° = −2,303 RT log K K = e– G°/RT b. em Kcal mol–1. 
 
 
Tabela 4-2 Relações entre estabilidade e percentagens de isómero em equilíbrioa 
Isómero mais estável 
(%) 
Isómero menos estável 
(%) 
Diferença energia (25 °C) 
 (kcal/mol) (kJ/mol) 
50 50 0 0 
75 25 0,651 2,72 
90 10 1,302 5,45 
95 5 1,744 7,29 
99 1 2,722 11,38 
99,9 0.1 4,092 17,11 
a
Os nesta tabela são calculados a partir da equação K = e
- E/RT
, onde K é a constante de equilíbrio entre os isómeros; e ≈ 2,718 (a base dos 
logaritmos naturais); E = diferença de energia entre os isómeros; T = temperatura absoluta (em graus Kelvin) e R = 1,986 cal/mol × K (a 
constante dos gases). 
 
 
3) Na mistura em equilíbrio, a conformação do metilciclo-hexano com um grupo metilo 
equatorial é a predominante (~ 95%). 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 34 
4) Interação 1,3-diaxial: o grupo metilo axial está tão perto os dois átomos de hidrogénio 
axiais no mesmo lado da molécula (ligados ao átomos C3 e C5) que as forças de van der 
Waals entre eles são repulsivas. 
i) A tensão causada por uma interação 1,3-diaxial no metilciclo-hexano é a mesma que na 
interação gauche. 
 
 Butano gauche Metilciclo-hexano axial Metilciclo-hexano equatorial 
 (3,8 kJ mol–1 tensão estérica) (duas interações gauche 
 = 7,6 kJ mol–1 tensão estérica) 
 
ii) O grupo metilo axial no metilciclo-hexano tem duas interações gauche e, portanto, tem 
7,6 kJ mol-1 de tensão estérica. 
iii) O grupo metilo equatorial no metilciclo-hexano não tem uma interação gauche porque 
é anti em C3 e C5. 
4. A conformação do terc-butilciclo-hexano com o grupo terc-butilo equatorial é mais de 21 kJ 
mol-1 mais estável do que a forma axial. 
1) À temperatura ambiente, 99,99% das moléculas do terc-butilciclo-hexano têm o grupo terc-
butilo na posição equatorial, devido à grande diferença de energia entre as duas 
conformações. 
2) A molécula não está conformacionalmente "bloqueada". É ainda torce a partir de uma 
conformação em cadeira para a outra. 
 
 
 
 
Figura 4.21 Interações diaxiais com o volumoso grupo terc-butilo axial a causar com que a 
conformação com o grupo terc-butilo equatorial seja a predominante numa extensão de 99,99%. 
 
5. Existe geralmente menos interação repulsiva quando os grupos estão equatoriais. 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 35 
Tabela 4-3 Tensão estérica devido a interações 1,3-diaxiais 
Y 
Tensão de uma interação H–Y 1,3-diaxial 
 (kcal/mol) (kJ/mol) 
 
–F 0,12 0,5 
–Cl 0,25 1,4 
–Br 0,25 1,4 
–OH 0,5 2,1 
–CH3 0,9 3,8 
–CH2CH3 0,95 4,0 
–CH(CH3)2 1,1 4,6 
–C(CH3)3 2,7 11,3 
–C6H5 1,5 6,3 
–COOH 0,7 2,9 
–CN 0,1 0,4 
 
 
4.14 CICLO-HEXANOS DISSUBSTITUÍDOS: ISOMERISMO CIS-TRANS 
1. Isomerismo cis-trans: 
 
 
 
 cis-1,2-Dimetilciclopentano trans-1,2-Dimetilciclopentano 
 p.e. 99,5 °C p.e. 91,9 °C 
Figura 4.22 Cis- e trans-1,2-Dimetilciclopentanos. 
 
 cis-1,3-Dimetilciclopentano trans-1,3-Dimetilciclopentano 
 
1. Os cis- e trans-1,2-dimetilciclopentanos são estereoisómeros; os cis- e trans-1,3-dimetilciclo-
pentanos são estereoisómeros. 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 36 
 
1) As propriedades físicas dos isómeros cis-trans são diferentes: eles possuem diferentes 
pontos de fusão, pontos de ebulição, e assim por diante. 
 
Tabela 4.8 Constantes Físicas dos Derivatidos Ciclo-hexano 
cis- e trans-Dissubstituídos 
 
Substituintes Isómero p.f. (°C) p.e. (°C)a 
1,2-Dimetil- cis –50,1 130,04760 
1,2-Dimetil- trans –89,4 123,7760 
1,3-Dimetil- cis –75,6 120,1760 
1,3-Dimetil- trans –90,1 123,5760 
1,2-Dicloro- cis –6 93,522 
1,2-Dicloro- trans –7 74,716 
 a As pressões (em unidades torr) em que os pontos de ebulição foram medidos são dadas como sobrescritos. 
 
 
 cis-1,2-Dimetilciclo-hexano trans-1,2-Dimetilciclo-hexano 
 
 
 cis-1,3-Dimetilciclo-hexano trans-1,3-Dimetilciclo-hexano 
 
 
 cis-1,4-Dimetilciclo-hexano trans-1,4-Dimetilciclo-hexano 
 
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 37 
 
4.14A ISOMERISMO CIS-TRANS E ESTRUTURAS CONFORMACIONAIS 
1. Existem duas conformações em cadeira possíveis para o trans-1,4-dimetilciclo-hexano: 
 
 
 
Figura 4.23 As duas conformações em cadeira do trans-1,4-dimetilciclo-hexano. 
 (Nota: Todas as outras ligações C–H foram omitidas para maior clareza.) 
 
1) trans-1,4-Dimetilciclo-hexano diaxial e diequatorial. 
2) A conformação diequatorial é o confórmero mais estável e que representa pelo menos 99% 
das moléculas em equilíbrio. 
 
2. Num ciclo-hexano trans-dissubstituído, um grupo está ligado por uma ligação superior e uma 
inferior pela ligação; num ciclo-hexano cis-dissubstituído, os dois grupos estão ligados por 
uma ligação superior ou ambos pela ligação inferior. 
 
 
Ligação para cima
Ligação para baixo
CH3H3C
H
H
Ligação para cima
Ligação para baixo
 
HH3C
CH3
H
Ligação para cima Ligação para
 cima
 
 trans-1,4-Dimetilciclo-hexano cis-1,4-Dimetilciclo-hexano 
 
3. O cis-1,4-Dimetilciclo-hexano existe em duas conformações em cadeira equivalentes: 
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 38 
 
Figura 4.24 Conformações equivalentes do cis-1,4-dimetilciclo-hexano 
4. O trans-1,3-Dimetilciclo-hexano existe em duas conformações em cadeira equivalentes: 
 
 
 
5. O trans-1,3-ciclo-hexano dissubstituído com dois grupos alquilo diferentes, a conformação de 
energia mais baixa é a que possui o grupo maior na posição equatorial. 
 
 
 
Tabela 4.9 Conformações dos Dimetilciclo-hexanos 
Composto Isómero Cis Isómero Trans 
1,2-Dimetil a,e or e,a e,e or a,a 
1,3-Dimetil e,e or a,a a,e or e,a 
1,4-Dimetil a,e or e,a e,e or a,a 
 
 
4.15 ALCANOS BICÍCLICOS E POLICÍCLICOS 
1. Decalina (biciclo[4.4.0]decano): 
 
 
H2C
H2C
C
H2
C
C
H2
C
C
H2
CH2
CH2
H2
C
H
H
1
2 3
4
5
6
7
8
9 10
ou
 
Decalina (biciclo[4.4.0]decano) 
(os átomos de carbono 1 e 6 são átomos testa de ponte) 
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 39 
1) A decalina mostra isomerismo cis-trans: 
 
 
H
H
 
H
H 
 cis-Decalina trans-Decalina 
 
H
H 
H
H 
 cis-Decalina trans-Decalina 
 
2) A cis-Decalina tem um p.e. de 195 °C (a 760 torr) e a trans-decalina de 185,5°C (a 760 torr). 
 
2. Adamantano: um sistema tricíclico contém anéis ciclo-hexano, todos os quais estão em 
conformação em cadeira. 
H
H
H
H
H
H
HH
H
H H H
H
H
H
H
 
Adamantano 
3. Diamante: 
 
 
1) A grande dureza do diamante resulta do facto de um cristal de diamante inteiro é realmente 
uma molécula muito grande. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 40 
2) Há outras formas alotrópicas do carbono, incluindo, grafite, carbono Wurzite [com uma 
estrutura relacionada com a Wurzite (ZnS)], e um novo grupo de compostos chamados 
fulerenos. 
 
4. Hidrocarbonetos cíclicos invulgares: 
1) Em 1982, o grupo de Leo A. Paquette (da Ohio State University) anunciou a síntese bem-
sucedida da molécula "complexa, simétrica e esteticamente atraente" chamada 
dodecaedrano. 
ou
 
 
 Biciclo[1.1.0]butano Cubano Prismano Dodecahedrano 
 
 
4.16 FEROMONAS: COMUNICAÇÃO POR MEIO DE QUÍMICOS 
1. Muitos animais, especialmente insetos, comunicam uns com os outros membros da sua 
espécie com base nos odores das feromonas. 
1) As feromonas são secretadas por insetos em quantidades extremamente pequenas, mas 
podem causar profundose variados efeitos biológicos. 
2) As feromonas são usadas como atratores sexuais no acasalamento, substâncias de alarme, 
ou "compostos de agregação" (para fazer com que membros da sua espécie se reunam). 
3) As feromonas são muitas vezes compostos relativamente simples. 
 
 CH3(CH2)9CH3 (CH3)2CH(CH2)14CH3 
 Undecano 2-Metil-heptadecano 
 (feromona de agregação da barata) (atrator sexual da fêmea da borboleta tiger moth) 
 
4) O muscalura é o atrator sexual da mosca doméstica comum (Musca domestica). 
 
H
H3C(H2C)7
H
(CH2)12CH3
 
Muscalura (atrator sexual da mosca comum) 
 
4) Muitos atratores sexuais de insetos foram sintetizados e são usados para atrair os insetos 
para armadilhas como meio de controle de insetos (pragas). 
 
4.17 REAÇÕES QUÍMICAS DE ALCANOS 
1. As ligações C—C e C—H são bastante fortes: os alcanos são geralmente inertes para muitos os 
reagentes químicos. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 41 
1) As ligações C—H dos alcanos são apenas ligeiramente polarizadas alcanos são geralmente 
não afetados pela maioria das bases. 
2) As moléculas de alcanos não têm eletrões não compartilhados para oferecerem locais para o 
ataque por ácidos. 
3) Parafinas (do latim: parum affinis, pouca afinidade). 
 
2. Reatividade dos alcanos: 
1) Os alcanos reagem vigorosamente com oxigénio quando uma mistura apropriada é 
inflamada — combustão. 
2) Os alcanos reagem com cloro e bromo quando aquecidos, e reagem explosivamente com o 
flúor. 
 
4.18 SÍNTESES DE ALCANOS E CICLOALCANOS 
4.18A HIDROGENAÇÃO DE ALCENOS E ALCINOS 
1. A hidrogenação catalítica: 
1) Os alcenos e alcinos reagem com o hidrogénio na presença de catalisadores metálicos, tais 
como níquel, paládio e platina para produzir alcanos. 
 
 Reação Geral 
 
C
C
+
H
H
C
C
H
H
Pt, Pd, ou Ni
solvente,
Alceno Alcano
pressão
 
C
C
+ 2 H2
C
C
H H
H H
Alcino Alcano
Pt, Pd, ou Ni
solvente,
pressão
 
 
2) A reacção é normalmente realizada por dissolução do alceno ou alcino num solvente tal 
como álcool etílico (C2H5OH), adicionando o catalisador metálico e, em seguida expondo a 
mistura a hidrogénio gasoso sob pressão num aparelho especial (hidrogenador). 
 
 Exemplos Específicos 
 
CH3CH CH2 + H H CH3CH CH2
H
Ni
propeno propano
(25 oC, 50 atm)
C2H5OH
H
 
 
C
CH3
CH2H3C + C
CH3
CH2H3C
H H
2-Metilpropeno Isobutano
H H
Ni
(25 oC, 50 atm)
C2H5OH
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 42 
 
+ H2
Ciclo-hexeno Ciclo-hexano
Ni
(25 oC, 50 atm)
C2H5OH
 
 
2 H2
O+
Pd
acetato de etilo
5-Ciclononinona Ciclononanona
O
 
 
 
4.18B REDUÇÃO DE HALETOS DE ALQUILO 
1. A maioria dos halogenetos de alquilo reagem com zinco e ácido aquoso para produzir um 
alcano. 
 
Reação Geral 
 
R X Zn HX ZnX2+ + R H +
R X
Zn, HX
R H
(-ZnX2)
ou*
 
 
1) *Equações abreviadas para reações químicas orgânicas: 
i) O reagente orgânico é mostrado no lado esquerdo e do produto orgânico, à direita. 
ii) Os reagentes necessários para provocar a transformação estão escritos sobre (ou sob) a 
seta. 
iii) As equações muitas vezes são deixadas não balanceadas, e por vezes os subprodutos 
(neste caso, ZnX2) ou são omitidos ou são colocados sob a seta em parênteses com um sinal 
de menos, por exemplo, (-ZnX2). 
 
 Exemplos Específicos 
 
2
Zn
2 CH3CH2CHCH3
H
ZnBr2+
Brometo de sec-butilo
 (2-bromobutano)
Butano
HBr
CH3CH2CHCH3
Br
 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 43 
2 CH3CHCH2CH2 2 +
Brometo de isopentilo
CH3
Br
Zn
HBr
CH3CHCH2CH2
CH3
H
(1-bromo-3-metilbutano)
Isopentano
(2-metilbutano)
ZnBr2
 
 
2. A reacção é uma redução do halogeneto de alquilo: os átomos de zinco transferem eletrões ao 
átomo de carbono do haleto de alquilo. 
1) O zinco é um bom agente de redução. 
2) O mecanismo possível para a reação é que primeiro se forma um halogeneto de alquilzinco e, 
em seguida, reage com o ácido para produzir o alcano: 
 
Zn + R X R XZn2+
- -
R H + + 2
Agente redutor Halogeneto de
alquilzinco
Alcano
HX
Zn2+ X
-
 
 
4.18C ALQUILAÇÃO DE ALCINOS TERMINAIS 
1. Alcino terminal: um alcino com um hidrogénio ligado a um carbono com ligação tripla. 
1) O hidrogénio acetilénico é fracamente ácido (pKa ~ 25) e pode ser removido com uma base 
forte (por exemplo, NaNH2) para dar um anião (chamado um anião alquinido ou ião 
acetileto). 
 
2. Alquilação: a formação de uma nova ligação C—C através da substituição de um grupo de 
saída num electrófilo com um nucleófilo. 
 
Reação Geral 
 
C C HR
NaNH2
(-NH3)
C C Na+R
-
(-NaX)
C C R'R
R' X
 
Um alcino Amida sódica Um anião alquinido R' deve ser metilo ou 1° e não 
ramificado no segundo carbono 
Exemplos Específicos 
 
C C HH
NaNH2
(-NH3)
C C Na+H
-
(-NaX)
C C CH3H
H3C X
 
 Etino Anião etinido Propino 
 (acetileno) (anião acetileto) 84% 
 
3. O halogeneto de alquilo utilizado com o anião alquinido deve ser metílico ou primário e 
deverá também não ser ramificado no seu segundo carbono (beta). 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 44 
1) Os halogenetos de alquilo que são 2° ou 3°, ou são 1° com ramificação no carbono beta, 
sofrem predominantemente reação de eliminação. 
 
4. Depois da alquilação, a ligação tripla do alcino pode ser usada noutras reacções: 
1) Não iria funcionar usar o propino e o 2-bromopropano para o passo de alquilação desta 
síntese. 
 
 
CH3CHC CH
CH3
CH3CHC C
CH3
- Na+
CH3Br
CH3CHC C
CH3
CH3
CH3CHCH2CH2CH3
CH3
NaNH2
(-NH3) (-NaBr)
excesso H2 Pt
 
 
4.19 ALGUNS PRINCÍPIOS GERAIS DA ESTRUTURA E REATIVIDADE: UM OLHAR 
PARA A SÍNTESE 
 
1. Estrutura e reatividade: 
1) A preparação do anião alquinido envolve uma química ácido-base Brønsted-Lowry simples. 
i) O hidrogénio acetilénico é fracamente ácido (pKa ~ 25) e pode ser removido com uma 
base forte. 
2) O anião alquinido é uma base de Lewis e reage com o halogeneto de alquilo (tal como um 
aceitador de par de eletrões, um ácido de Lewis). 
i) O anião alquinido é um nucleófilo que é um reagente que procura carga positiva. 
ii) O halogeneto de alquilo é um eletrófilo, que é um reagente que procura carga negativa. 
 
 
Figura 4.25 A reação do anião etinido (acetileto) e o clorometano. Mapas de potencial 
eletrostático ilustram o caráter complementar nucleofílico e electrofílico do anião 
alquinido e do halogeneto de alquilo. 
2. A reacção do anião acetileto e o clorometano: 
1) O anião acetileto tem uma forte localização da carga negativa no seu carbono terminal 
(indicado a vermelho no mapa de potencial eletrostático). 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 45 
2) O clorometano tem carga positiva parcial no carbono ligado ao átomo de cloro 
eletronegativo. 
3) O anião acetileto agindo como uma base de Lewis é atraído para o carbono parcialmente 
positivo do halogeneto de alquilo 1°. 
4) Assumindo uma colisão entre os dois ocorre com a orientação adequada e energia cinética 
suficiente, uma vez que o anião acetileto traz dois eletrões para o halogeneto de alquilo para 
formar uma nova ligação e susbstitui o halogénio do haleto de alquilo. 
5) O halogénio sai na forma de anião com o par de eletrões que anteriormente o ligava ao 
carbono. 
 
4.20 UMA INTRODUÇÃO À SÍNTESE ORGÂNICA 
1. A síntese orgânica é o processo de construção de moléculas orgânicas a partir de precursores 
mais simples. 
 
2. Finalidades das sínteses orgânicas: 
1) Para o desenvolvimento de novas drogas para descobrir moléculas com atributos 
estruturais destinadas a reforçar certos efeitos médicos ou reduzir os efeitos colaterais 
indesejáveis por exemplo, Crixivan (uma protease inibitória do HIV, capítulo 2). 
2) Para estudos mecanísticos para testar algumas hipóteses sobre um mecanismo de reação 
ou sobre como umdeterminado organismo metaboliza um composto muitas vezes 
precisam sintetizar um particular composto "marcado" (com trítio, deutério, ou 13C). 
3. A síntese total da vitamina B12 é uma obra sintética monumental publicada por RB Woodward 
(Harvard) e Eschenmoser A. (Instituto Federal Suíço de Tecnologia): 
 
 
 
1) A síntese de vitamina B12 levou 11 anos, requereu 90 passos, e envolveu o trabalho de cerca 
de 100 pessoas. 
4. Dois tipos de transformações envolvidas na síntese orgânica: 
1) A conversão de grupos funcionais a partir de um para o outro. 
2) A criação de novas ligações C—C. 
 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 46 
5. O coração da síntese orgânica é a orquestração de interconversões de grupos funcionais e os 
passos de formação de ligações C—C. 
 
4.20A ANÁLISE RETROSSINTÉTICA – PLANEAR UMA SÍNTESE ORGÂNICA 
 
1. Retrosynthetic Analysis: 
1) Muitas vezes, a sequência de transformações que levam ao composto alvo (target) é 
demasiado complexa para nós "vermos" um caminho desde o início até o fim. 
i) Nós encaramos a sequência de passos que são necessários no processo inverso, um 
passo de cada vez. 
2) Comece identificando precursores imediatos que poderiam ser transformados na molécula 
alvo. 
3) Em seguida, para identificar o conjunto seguinte de precursores que podem ser utilizados 
para fazer as moléculas-alvo intermédias. 
4) Repetir o processo até que os compostos que são suficientemente simples que estão 
prontamente disponíveis num laboratório típico. 
 
Molécula alvo 1º precursor 2º precursor Composto de partida
 
 
5) O processo é chamado de análise retrosintética. 
i) é uma seta retrossintética (retro = para trás) que relaciona a molécula alvo com os 
seus precursores mais imediatos. O Prof. EJ Corey criou o termo análise retrossintética e 
foi o primeiro a afirmar os seus princípios. 
 
 
 
E. J. Corey (Harvard University, Prémio Nobel da Química 1990) 
 
 
 
 
2. Gerar tantos precursores quanto possíveis ao fazer análise retrossintética e, portanto, 
diferentes vias sintéticas. 
1º precursor A
1º precursor B
1º precursor C
2º precursor a
2º precursor b
2º precursor c
2º precursor d
2º precursor e
2º precursor f
Molécula alvo
 
Figura 4.26 A análise retrossintética muitas vezes divulga várias vias sintéticas a partir da 
molécula alvo para os variados precursores. 
 Química II.2012 
 
Doutor João Paulo Noronha, FCT-UNL.2012 47 
 
1) Avaliar todas as possíveis vantagens e desvantagens de cada via determinar a rota mais 
eficiente para a síntese. 
2) A avaliação é baseada nas restrições e limitações específicas de reações na sequência, a 
disponibilidade de materiais, e outros fatores. 
3) Na realidade, pode ser necessário tentar várias abordagens em laboratório, a fim de 
encontrar o caminho mais eficiente ou de sucesso. 
 
4.20B IDENTIFICANDO PRECURSORES 
 Análise Retrossintética 
 
C C CH2CH3 C C - C C H
 
 
 Síntese 
 
C C H
NaNH2
(-NH3)
C C - Na+
BrCH2CH3
(-NaBr)
C C CH2CH3
 
 
 Análise Retrossintética 
CH3CH2CH2CH2CHCH3
CH3
2-Metil-hexano
CH3C CCH2CHCH3
CH3 +
CH3C C 
-
CH3 X + C CCH2CHCH3
CH3
-
+ X CH2CHCH3
CH3
(1o, mas ramificado do 2º carbono)
HC CCH2CH2CHCH3
CH3
HC C -
X CH2CH2CHCH3
CH3+
CH3CH2C CCHCH3
CH3 + + X CHCH3
CH3
(um halogeneto alquilo 2o)
X CH2CH3 CCHCH3C
CH3
-
+
H3CH2CC C
-