Alcanos e Cicloalcanos

Prévia do material em texto

Alcanos e Cicloalcanos 
 
Profa. Dra. Luisa Del Carmen Barrett Reina 
Hidrocarbonetos cujas ligações carbono-carbono são 
ligações simples. São chamados de compostos 
saturados porque contêm o número máximo de 
átomos de hidrogênio que o composto de carbono 
pode possuir. A sua fórmula geral molecular é 
CnH2n+2. 
Cicloalcanos são alcanos nos quais todos ou alguns 
dos átomos de carbono estão dispostos em um anel. 
A fórmula geral molecular CnH2n é para cicloalcanos 
contendo um único anel. Eles têm dois átomos de 
hidrogenio a menos. 
As principais fontes de alcanos são o gás natural 
(principal componente é o metano) e o petróleo. 
Forma dos alcanos 
Uma orientação tetraédrica geral dos grupos e, 
portanto, hibridização sp3, é a regra para os átomos de 
carbono em todos os alcanos e cicloalcanos. Podemos 
representar as formas dos alcanos como mostardo à 
seguir: 
Por causa de seus átomos de carbono tetraédrico, 
as cadeias são em ziguezague. Esses alcanos são 
descritos como alcanos de cadeia não ramificada. 
Significa que cada átomo de carbono dentro da 
cadeia está ligado a não mais do que dois átomos 
de carbono.. 
Os exemplos anteriores são de alcanos de cadeia 
ramificada. 
Alcanos não ramificados 
Nomenclatura IUPAC dos alcanos – Nomenclatura 
Sistemática 
O sufixo usado para os alcanos é -ano. Os prefixos dos 
nomes da maioria dos alcanos (acima de C4) é de 
origem grega e latina. 
 IUPAC – sigla em inglês da União Internacional de 
Química Pura e Aplicada. 
Se removermos um átomo de hidrogênio de um alcano, 
obtemos o que é chamado de um grupo alquila. O 
sufixo -ila usado para dar o nome a esses grupos. 
Nomenclatura de grupos alquila não ramificados 
Nomenclatura de alcanos de cadeia ramificada 
Nomenclatura de grupos alquila ramificados 
Para alcanos com mais de dois átomos de carbono, é 
possível obter-se mais de um grupo alquila. 
A nomenclatura sistemática de grupos alquila é 
semelhante a dos alcanos de cadeia ramificada, com a 
condição de que a numeração comece sempre no ponto 
onde o grupo está ligado à cadeia principal. 
Os nomes comuns isopropila, isobutila, sec-butila e terc-
butila são aprovados pela IUPAC. Ao decidir sobre a 
ordem alfabética para estes grupos se ignora os 
prefixos definidores da estrutura (sec- e terc-). 
Nomenclatura de cicloalcanos - monocíclicos 
3. Quando três ou mais substituintes estão presentes,, 
começamos com o substituinte que leva ao conjunto de 
localizadores mais baixos. Os substituintes são citados 
em ordem alfabética. 
a) 6-isopropil-2,3-dimetilnonano 
b) 4-terc-butil-3-metil-heptano 
c) 4-isobutil-1,1-dimetilciclo-hexano 
d) sec-butilciclo-heptano 
e) Ciclobutilciclopentano 
f) (2,2-dimetilpropil)ciclo-hexano 
As formas moleculares temporárias que resultam de uma 
rotação são chamadas de conformações ou confôrmero 
da molécula. 
Uma análise das variações de energia que ocorrem em uma 
molécula que sofre rotações em torno de ligações simples é 
chamada de análise conformacional. 
Fórmulas estruturais para representar o confôrmero 
Ligações sigma e rotação das ligações 
Dois grupos ligados por apenas uma ligação simples podem 
sofrer rotação, um em relação ao outro, em torno da ligação. 
Confôrmeros do etano 
Análise conformacional do etano 
Tensão torsional – é o nome dado à repulsão sentida 
pelos elétrons ligantes de um substituinte quando 
passam perto dos elétrons de outro substituinte. 
Análise conformacional do butano 
O butano tem três ligações simples carbono-carbono e 
a molécula pode girar em torno delas. Se 
considerarmos a rotação sobre a ligação C2-C3 do 
butano, descobriremos que existem seis confôrmeros 
importantes. 
Interação gauche (tipo de tensão estérico) – é a tensão 
em uma molécula quando os átomos ou grupos estão tão 
próximos um do outro que resultam em repulsão entre as 
nuvens eletrônicas dos átomos ou grupos. 
Estabilidade relativa dos cicloalcanos: tensão de anel 
Esta diferença na estabilidade relativa é devido à 
tensão do anel, que compreende a tensão angular 
e a tensão torsional. 
Tensão angular é o resultado do desvio de ângulos de 
ligação ideais provocado por limitações estruturais 
inerentes (tais como o tamanho do anel). 
Tensão torsional é causada pela repulsão entre os 
elétrons ligantes de um substituinte e os elétrons 
ligantes de um substituinte próximo. 
Ciclopropano 
Ciclobutano 
Ciclopentano 
Conformações do ciclo-hexano: em cadeira e em 
barco 
A conformação mais estável do ciclo-hexano é a 
conformação em cadeira. Não há tensão angular ou 
tensão torsional. 
A conformação menos estável do ciclo-hexano é a 
conformação em barco. Não há tensão angular, mas 
tem tensão torsional. 
Ciclo-hexanos substituídos: grupos de 
hidrogênio axiais e equatoriais 
A conformação em cadeira de um anel do ciclo-hexano 
tem duas orientações distintas para as ligações que se 
projetam no anel. Estas posições são chamadas axial e 
equatorial. 
As ligações axiais do ciclo-
hexano são perpendiculares ao 
plano médio do anel. 
As ligações equatoriais do 
ciclo-hexano são aquelas que se 
estendem a partir do perímetro 
do anel. 
Quando um anel do ciclo-hexano sofre uma 
mudança conformacional cadeira-cadeira, todas as 
ligações que eram axiais se tornam equatoriais e 
todas as ligações que eram equatoriais se tornam 
axiais. 
Ciclo-hexano monossubstituído 
Análise conformacional do metilciclo-hexano 
Interação 1,3-diaxial (tipo de tensão estérica) - È 
simplesmente uma interação gauche entre os átomos 
de hidrogênio do grupo metila e o átomo de hidrogênio 
em C3 e o átomo de hidrogênio em C5. Os números 
1,3 descrevem a distância entre o substituinte e cada 
um dos hidrogênios. 
Interações 1,3-diaxiais do grupo terc-butila 
Cicloalcanos dissubstituídos: isomerismo cis-
trans 
A presença de dois substituintes em diferentes carbonos 
de um cicloalcano permite a possibilidade de 
isomerismo cis-trans. 
Vamos considerar o 1,2-dimetilciclopentano 
Isômeros são compostos diferentes que têm a 
mesma fórmula molecular. Eles terão diferentes 
propriedades físicas. 
Isomerismo cis-trans e estruturas conformacionais 
dos ciclos-hexanos. 
Ciclos-hexanos trans 1,4-dissubstituídos 
Se considerarmos os dimetilciclo-hexanos, as estruturas 
são um pouco mais complexas porque o anel do ciclo-
hexano não é plana. 
Ciclos-hexanos cis 1,4-dissubstituídos 
Ciclos-hexanos trans 1,3-dissubstituídos 
Ciclos-hexanos cis 1,3-dissubstituídos 
Ciclos-hexanos trans 1,2-dissubstituídos 
Ciclos-hexanos cis 1,2-dissubstituídos 
Reações dos alcanos – Radicais 
Solomons Cap. 10 Paula Cap. 9 
 Os alcanos reagem com cloro (Cl2) ou bromo (Br2) para 
formar cloretos ou brometos de alquila. Essas reações 
de halogenação (halogenação radicalar) são reações 
de substituição. Ocorrem somente a altas 
temperaturas ou na presença de luz. 
O flúor (F2) é o mais reativo, por isso precauções 
especiais devem ser tomadas para evitar explosões. 
Já o iodo (I2) é pouco reativo que para todos os 
propósitos práticos podemos dizer que não ocorre 
reação. 
O mecanismo para a halogenação é bem conhecido. A 
alta temperatura (ou luz) fornece a energia necessária 
para romper a ligação Cl-Cl ou Br-Br homoliticamente. 
Clivagem homolítica de ligação é a etapa de iniciação 
da reação. 
Mecanismo para a monocloração do metano 
Umfator complicado das halogenações de alcanos é 
que múltiplas substituições quase ocorrem. Se 
misturarmos uma razão equimolar de CH4 e Cl2 ou 
Br2 a seguinte mistura de produtos é produzida. 
Com o objetivo de maximizar a quantidade dos produtos 
mono-halogenados obtidos a reação deve ser realizada 
com excesso do alcano. 
A cloração da maior parte dos alcanos superiores dá 
uma mistura de produtos isoméricos monoclorados, 
bem como de compostos altamente halogenados. 
O Cl2 é relativamente não seletivo; ele não descrimina 
muito entre os diferentes tipos de átomos de hidrogênio 
(primários, secundários e terciários) em um alcano. 
O Br2 é menos reativo frente aos alcanos do que o Cl2, 
porém o Br2 é mais seletivo no sítio de ataque quando 
ele reage. O Br2 mostra uma capacidade muito maior 
em discriminar dentre os diferentes tipos de hidrogênio. 
Estabilidade relativa dos radicais alquila 
Embora radicais alquila não sejam carregados, o 
carbono que possui o elétron desemparelhado é 
deficiente em elétrons. Por isso os radicais são 
espécies altamente reativas. 
Evidencia experimental indica que a estrutura 
geométrica da maioria dos radicais alquila é trigonal 
plana no carbono contendo o elétron desemparelhado. 
Essa estrutura pode ser acomodada por um carbono 
central hibridizado sp2. Em um radical alquila, o orbital p 
contém o elétron desemparelhado. 
De maneira geral, as estabilidades relativas dos radicais 
são: 
Grupos alquila ligados ao carbono que possui o 
elétron desemparelhado fornecem um efeito 
estabilizante através da hiperconjugação. Quanto 
mais grupos alquila estiverem ligados a ele, mais 
estável será o radical. 
A hiperconjugação envolve a deslocalização de 
elétrons, via sobreposição parcial de orbitais, de um 
orbital ligante preenchido para um orbital não 
preenchido adjacente.