AULA 2 Química Orgânica

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Aula 02: 
v Análise conformacional
Universidade Federal de Goiás
CONFORMAÇÕES DOS 
ALCANOS
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Ligação Sigma e Rotação das Ligações
=> Grupos ligados por ligação sigma GIRAM
em torno da ligação, uns em relação aos
outros;
=> Formas moleculares temporárias
assumidas durante as rotações dos grupos em
torno das ligações simples são denominadas
CONFORMAÇÕES DA MOLÉCULA;
=> A análise das variações de energia de uma
molécula cujos grupos giram em torno de uma
ligação simples é a ANÁLISE
CONFORMACIONAL.
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Þ Muitas conformações diferentes para uma molécula, pois
átomos de carbono, ao girarem, fazem com que os H ligados a
eles se movimentem também;
Þ Assim, cria-se muitas conformações da molécula, NEM
TODAS SÃO ESTÁVEIS;
Þ Representação das moléculas conformacionais pode ser feita
por meio das fórmulas de PROJEÇÕES DE NEWMAN e
FÓRMULA DE CAVALETE.
Ligações Sigma e Rotação das Ligações
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Fórmula de Projeção de Newman
v Projeção de Newman => observa-se a molécula de ponta,
na direção do EIXO DA LIGAÇÃO C-C:
União 
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Fórmula de Cavalete
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Fórmula de
Newman
Conformações do etano:
v Há muitas conformações diferentes provocadas pelas rotações
dos grupos CH3 em torno da ligação C-C;
v CADA CONFORMAÇÃO => estabilidade específica;
v Conformação em que os átomos de H ligados a cada átomo de
carbono estão perfeitamente ALTERNADOS é a conformação mais
ESTÁVEL.
Conformação
alternada 7
v CONFORMAÇÃO ALTERNADA: maior estabilidade,
separação máxima entre pares de elétrons das seis
ligações C-H;
v ↓EP.
Conformação
Alternada
Fórmula de
Newman
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v Há também a conformação eclipsada:
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BARREIRA DE TORÇÃO: barreira para a rotação
de grupos unidos através de uma ligação simples
provocada pela repulsão entre os pares de e-
alinhados na forma eclipsada
Diferentes conformações do etano
Um confôrmero só poderá ser isolado em temperaturas 
muito baixas (~ - 250º C); a 25º C esse processo é 
impossível!
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v Rotação em torno da ligação C2-C3;
v Tensão torcional => IMPORTANTE;
v Porém, há fatores adicionais => repulsão de van der Waals
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Conformações do butano:
FORÇAS DE VAN DER WAALS: forças fracas que atuam
entre moléculas apolares ou entre partes da mesma
molécula;
- Podem ser:
a) Atrativas
b) Repulsivas
Depende da distância que separa os grupos.
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ANTI I => não há tensão torcional, nem impedimento estérico, pois
os grupos estão alternados e grupos metila estão muito afastados um
dos outros.
conformação mais estável
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Gauche III Gauche V
v Nas conformações III e V, os GRUPOS METILA ESTÃO
PRÓXIMOS O SUFICIENTE ENTRE SI, de tal forma que as
FORÇAS DE VAN DER WAALS entre eles são REPULSIVAS;
v As nuvens eletrônicas dos 2 grupos estão tão próximas que
elas se repelem;
v Isso provoca uma energia de 3,8 kJ.mol-1 a mais que na
conformação ANTI. 15
- Os grupos estão muito próximos uns dos outros;
- As conformações II e VI, além da tensão torcional, tem as
REPULSÕES DE VAN DER WAALS adicionais, provocadas
pelos grupos metila e H eclipsados;
- A conformação IV tem a MAIOR ENERGIA dentre todas,
pois além da tensão torcional, tem uma grande força repulsiva
de van der Waals entre os grupos metila eclipsados.
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Não é possível isolar estas
conformações em temperaturas normais. 17
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Estabilidades Relativas dos Cicloalcanos
CICLOPROPANO:
=> Molécula com forma de um triângulo equilátero
=> Ângulos internos de 60º
=> Afastam-se do valor ideal por diferença de 49,5º
=> Compressão dos ângulos internos => tensão angular.
=> Tensão angular existe no anel do ciclopropano
porque orbitais sp3 dos átomos de C não conseguem
se superpor com a mesma eficiência dos alcanos;
=> Ligações tornam-se distorcidas e mais fracas.
Além da tensão de anel, há também a tensão
torcional, devido ao fato do anel ser plano e os átomos
de H estarem eclipsados.
projeção de Newman
CICLOBUTANO
Ø Possui considerável tensão angular;
Ø Ângulos internos de 88º (diferença de 21,4º do
ângulo ideal);
Ø Anel ligeiramente reverso;
Ø Se fosse plano, tensão angular seria menor
(ângulos internos seriam de 90º);
Ø Porém, tensão torcional seria mais elevada, pois os
8 átomos de H estariam eclipsados.
CICLOBUTANO
CICLOPENTANO:
v Ângulos internos de 108º (valor próximo a 109,4 º);
v Se fosse planar, teria tensão angular pequena;
v Porém, existiria uma tensão torcional elevada, pois
os 10 átomos de H estariam eclipsados;
v Por isso, assume forma ligeiramente reversa, com
1 ou 2 átomos de C fora do plano para aliviar a tensão
de torção.
CICLOPENTANO:
Conformações do Cicloexano
v 3 conformações possíveis: cadeira, bote e torcida;
v Evidências mostram que a conformação mais estável é
a conformação em cadeira, pois é livre de tensão;
Projeção de Newman do 
confôrmero em cadeira
Conformação em cadeira
v Conformação cadeia: todos os ângulos das ligações
C-C são iguais a 109,5º, não há tensão angular!
v Também não há tensão de torção!
TENSÃO ANGULAR => excesso de EP de uma molécula, em geral
cíclica, provocada pelo afastamento de valor de um ângulo de
ligação em relação ao valor correspondente à energia mais baixa.
TENSÃO DE TORÇÃO => tensão associada à conformação
eclipsada de uma molécula; provocada pelas repulsões entre os pares
de e- das ligações eclipsadas alinhadas.
Conformações do Cicloexano
10,8 kcal/mol
5,5 kcal/mol
7,1 kcal/mol
Conformações do Cicloexano
Desenhando o cicloexano – cadeira
v Há duas espécies diferentes de átomos de H;
v 6 átomos de H, ligados a cada um dos 6 átomos de C, estão
orientados em uma direção que, em geral, é perpendicular ao
plano médio do anel (H AXIAIS);
v 6 outros átomos de H estão no plano definido,
aproximadamente, pelo anel de átomos de C (H
EQUATORIAIS).
IMPORTANTE:
v Na temperatura de 25˚C, o cicloexano oscila rapidamente
entre 2 conformações equivalentes da cadeira;
Quando o anel oscila, todas as ligações axiais se tornam 
equatoriais e vice-versa.
lados maiores lados maiores
Cicloexanos Monossubstituídos
Qual a conformação mais estável de um derivado do cicloexano
no qual um átomo de H foi substituído por um grupo alquila?
Exemplo → metilcicloexano:
Possui 2 possíveis conformações em cadeira:
v Conformação com grupo metila em EQUATORIAL
é mais estável por 1,8 kcal/mol;
v Portanto, na mistura em equilíbrio, a conformação
com o grupo metila na posição equatorial é
predominante (cálculos: 95%).
POR QUE ISSO ACONTECE?
v Grupo metila em AXIAL => muito próximo dos átomos de H
axiais (em C3 e C5) => FORÇAS DE VAN DER WAALS
REPULSIVAS;
v Este tipo de tensão estérica é denominada INTERAÇÃO 1,3
– DIAXIAL.
Keq = [confôrmero equatorial]/[confôrmero axial]
v Quanto MAIOR o substituinte em um anel cicloexano, MAIS
o confôrmero com o substituinte na POSIÇÃO EQUATORIAL
será FAVORECIDO.
terc-butil
Isomeria cis-trans em 
ciclopentanos e 
cicloexanos
Derivados do Ciclopentano:
vA presença de 2 SUBSTITUINTES no anel de
uma molécula de qualquer CICLOALCANO
abre a possibilidade de isomeria cis-trans;
cis: os grupos estão do mesmo lado do anel
trans: os grupos estão em lados opostos do anel
EXEMPLOS:
H H
CH3 CH3 CH3
HCH3
H
H
CH3
H
CH3
CH3
H
H
CH3
cis-1,2-dimetilciclopentano: trans-1,2-dimetilciclopentano:
cis-1,3-dimetilciclopentano: trans-1,3-dimetilciclopentano:
Derivados do Cicloexano:
v O anel do cicloexano não é plano;
v Porém, considera-se aqui a sua planaridade para facilitar a
representação inicial dos isômeros cis-trans;
Comoreconhecer a isomeria de um cicloalcano 
como o cicloexano? 
Exemplo: trans-1,4-dimetilcicloexano
Isomeria cis-trans em estruturas conformacionais
Exemplo: cis-1,4-dimetilcicloexano
Isomeria cis-trans em estruturas conformacionais
Ø trans-1,4-dimetilcicloexano:
2 conformações em cadeira possíveis... Qual é a mais estável?
Conformação 1 → os 2 grupos metila são axiais (diaxiais)
Conformação 2 → os 2 grupos metila são equatoriais (diequatoriais)
conformação 1 conformação 2
A conformação DIEQUATORIAL é a mais estável e constitui a 
estrutura de pelo menos 99% das moléculas em equilíbrio.
- Existe em 2 conformações em cadeira;
- A relação cis dos grupos metila EXCLUI A POSSIBILIDADE DE
UMA ESTRUTURA COM OS DOIS GRUPOS NA POSIÇÃO
EQUATORIAL;
- Em qualquer conformação, ao menos um grupo é axial.
Ø cis-1,4-dimetilcicloexano:
Em nenhuma das conformações os 2 grupos ficam em EQUATORIAL:
NÃO HÁ uma conformação que seja mais ESTÁVEL que a outra.
Portanto, as 2 CONFORMAÇÕES possuem ENERGIAS 
EQUIVALENTES.
Ø trans-1-terc-butil-3-metilcicloexano:
- Quando há um grupo alquila substituinte MAIOR que o outro,
a conformação de energia mais baixa é a que tem o grupo maior
na POSIÇÃO EQUATORIAL;
Exercício 1:
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Esboce todos os confôrmeros que surgem da
rotação em torno da ligação C2-C3 do 2-
metilbutano.
a) Desenhe 2 conformações do cis-1,2-
dimetilcicloexano;
b) Estas 2 conformações têm energia potencial
igual?
c) E as 2 conformações do cis-1-terc-butil-2-
metilcicloexano?
d) As 2 conformações do trans-1,2-
dimetilcicloexano têm a mesma energia potencial?
Exercício 2: