Cicloalcanos Quimica Orgânica

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Cicloalcanos 
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Sumário 
CICLOALCANOS ................................................................................................................................................. 1 
CALOR DE COMBUSTÃO.................................................................................................................................... 6 
CALORES DE COBUSTÃO DOS CICLOALCANOS .......................................................................................... 6 
A ORGIGEM DA TENSÃO DE ANEL NO CICLOPROPANO E NO CICLOBUTANO: TENSÃO ANGULAR E 
TENSÃO DE TORÇÃO .......................................................................................................................................... 7 
CICLOPENTANO .................................................................................................................................................. 9 
CONFORMAÇÕES DO CICLOEXANO ............................................................................................................10 
Bibliografia ...........................................................................................................................................................12 
 
CICLOALCANOS 
Os alcanos e cicloalcanos são compostos apolares usados como solventes de 
outras substâncias apolares. Eles também são usados como matéria-prima na indústria à 
síntese de outros compostos orgânicos e combustíveis. São geralmente menos densos do 
que a água e apresentam pontos de fusão e de ebulição que tendem a aumentar com 
o peso molecular, embora isômeros constituídos de moléculas mais compactas (com 
forças de London mais fracas) geralmente se fundem e fervem a temperaturas mais 
baixas do que os isômeros de cadeias mais extensas (RUSSEL, 1994, p. 1182). 
NOMENCLATURA DOS CICLOALCANOS 
O cicloalcanos com apenas um anel, são denominados pela afixação do prefixo 
ciclo aos nomes dos alcanos que possuem o mesmo número de átomos de carbono. 
 
Figura 1 - Ciclopropano 
 
Figura 2 - Ciclopentano 
A nomenclatura dos cicloalcanos substituídos é direta: são denominados como 
alquilcicloalcanos, halocicloalcanos, alquilcicloalcanois etc. Quando existe apenas um 
substituinte (radical) não há necessidade de indicar sua posição. 
Cicloalcanos 
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Figura 3 - isopropilcicloexano 
 
Figura 4 - Clorociclopentanto 
Porém, quando dois substituintes estiverem presentes, numera-se o anel, 
começando pelo substituinte que tiver precedência alfabética, e adota-se a direção 
que atribui ao substituinte seguinte o menor número possível. 
 
Figura 5 - 1-etil-3-metilcicloexano 
Quando estiverem três ou mais substituintes (radicais) enumera-se pelo substituinte 
que proporciona as menores posições possíveis. 
 
Figura 6 - 4 -cloro-2-etil-1-metilcicloexano 
O grupo funcional tem a preferência ao se fornecer os menores números inteiros 
possíveis as posições dos substituintes no anel. 
Cicloalcanos 
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Figura 7 - 2-metilcicloexanol 
Quando um sistema em anel estiver ligado a uma única cadeia com número maior 
de átomos de carbono ou quando um anel estiver ligado a uma única cadeia, é 
apropriado denominar os compostos de cicloalquilalcanos. 
 
Figura 8 - 1-ciclolbutilpentano 
 
Figura 9 - 1,3-dicicloexilpropano 
ATIVIDADES DE APLICAÇÃO DE NOMENCLATURA EM ALCANOS 
Questão 01) Dê o nome IUPAC para os seguintes compostos: 
a) b) 
I-
II-
CH3
CH3
CH3
CH3
 c) 
CH3
CH3
CH3 CH
CH3
CCH3 CH3
CH3
 d) 
CCH3 CH3
CH3
CCH3 CH3
CH2
CH3 
e) 
H
H
H
H H
H H
H
H
H
H
H
H H
H
H
H H
H
H
C C
C
C
C
C C
C
C
C C
C
C C
C
C
C
C
C
C C
C
C
3 3
3
3
3
3
3
3 3
3
2
2
2 2
2
2
I- II-
III- IV-
 
Cicloalcanos 
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COMPOSTOS BICÍCLICOS 
Denominados bicicloalcanos os compostos que contém dois anéis fundidos ou 
formando ponte; adotamos como nome do composto principal o do alcano 
correspondente ao número total de átomos de carbono nos anéis. O composto seguinte, 
por exemplo, tem sete átomos de carbono e é, por isto, um bicicloeptano. Os átomos de 
carbono comuns aos dois anéis são as cabeças de ponte e cada ligação ou cadeia de 
átomos, que liga as duas cabeças de ponte, constitui uma ponte (SOLOMONS, 1998). 
ESTABILIDADE DOS CICLOALCANOS 
Os cicloalcanos não têm todos a mesma estabilidade relativa. Os calores de 
combustão mostram que o cicloexano é o mais estável dos cicloalcanos e que o 
ciclopropano e o ciclobutano são menos estáveis. A instabilidade no ciclopropano e 
ciclobutano dar-se-á pela tensão de anel, cuja angulação do carbono sp3 fica próxima 
a 60º e 90º respectivamente (SOLOMONS, 1998). 
 
Figura 10 - um bicicloeptano 
No nome do composto interpomos, entre chaves, separados por pontos, os 
algarismos que indicam o número de átomos de carbono de cada ponte na ordem 
decrescente dos comprimentos. 
 
Figura 11 - Biciclo[2.2.1]heptano 
 
Figura 12 - Biciclo[1.1.0]butano 
Cicloalcanos 
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Caso tenha substituintes, numeramos o sistema de anéis fundidos começando 
numa cabeça de ponte, seguindo depois a ponte mais comprida até a outra cabeça de 
ponte e depois retornando à primeira cabeça de ponte seguindo a segunda ponte mais 
comprida. A ponte mais curta é a última a ser numerada (SOLOMONS, 1998, p. 146). 
 
Figura 13 -8-metil Biciclo[3.2.1]octano 
 
Figura 14 - 8-metilbiciclo[4.3.0]nonano 
ATIVIDADES DE APLICAÇÃO PARA BICICLOALCANOS 
QUESTÃO 01) Dê o nome IUPAC para o seguinte composto: 
 
Questão 02) Dê o nome IUPAC para o seguinte composto: 
 
Questão 03) Dê o nome IUPAC para o seguinte composto: 
 
Cicloalcanos 
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CALOR DE COMBUSTÃO 
A oxidação completa do composto nos dá o calor de combustão que é 
determinado pela variação de entalpia (ΔH). 
 
Para hidrocarbonetos isômeros a combustão completa de 1 mol exigirá a mesma 
quantidade de oxigênio e formará o mesmo número de mols de gás carbônico (CO2) e 
água (H2O). Assim, podemos utilizar os calores de combustão para verificar a estabilidade 
relativa (VOGEL, 1989). 
Analisemos a combustão do butano e do isobutano: 
 
Logo, o butano desprende mais calor que o isobutano durante a combustão da 
mesma quantidade de matéria. Portanto, o butano deve conter mais energia potencial, 
e o isobutano, deve ser mais estável. 
 
Gráfico 1 - Calores de combustão mostrando que o isobutano é mais estável, por 9,0 KJ/mol que o butano 
CALORES DE COBUSTÃO DOS CICLOALCANOS 
Os cicloalcanos constituem uma série homóloga, onde diferem-se pela adição de 
um grupo constante -CH2-. Então, a equação geral à combustão de um cicloalcano é: 
Cicloalcanos 
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Uma vez que os ciloalcanos não são isômeros, os respectivos calores de combustão 
não podem ser comparados diretamente. Entretanto, podemos calcular a quantidade 
de calor envolvida para cada -CH2-. Então, podemos comparar a estabilidade dos 
cicloalcanos. 
Tabela 1- Calores de Combustão dos cicloalcanos 
 
A ORGIGEM DA TENSÃO DE ANEL NO CICLOPROPANO E NO CICLOBUTANO: TENSÃO 
ANGULAR E TENSÃO DE TORÇÃO 
Os átomos de carbono nos alcanos são hibridizados em sp3, cujos ângulos das 
ligações são 109,5º. No ciclopropano, os ângulos internos devem medir 60º e por isso 
devem afastar-se do valor ideal por uma diferença muito grande de 49,5º. 
 
Figura 15- ciclopropano 
Cicloalcanos 
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As compressões dos ângulos internos provocam uma tensão angular. Assim, os 
orbitais não têm a possibilidade de superporem-se com a mesma eficiência da 
superposição nos alcanos. As ligações carbono-carbono no ciclopropano se encontram“distorcidas”. Assim, a superposição dos orbitais é menos efetiva e os orbitais usados 
nestas ligações não são orbitais sp3 puros tendo caráter p mais acentuado. Portanto, as 
ligações carbono-carbono no ciclopropano são mais fracas e, por isto, a molécula tem 
energia potencial mais elevada (SOLOMONS, 1998, p. 155). 
 
Figura 16 - A superposição dos orbitais nas ligações carbono-carbono do ciclopropano não pode ocorrer perfeitamente ponta a ponta. O que 
leva a ligações mais fracas "distorcidas" e ao aparecimento de tensão angular. 
 
Figura 17 - Comprimentos e ângulos das ligções no ciclopropano 
 
Figura 18 - Fórmula de projeção de Newman, na direção da ligação carbono-carbono, mostrando os hidrogênios eclipsados. (A observação na 
direção de qualquer das outras duas ligações levaria a uma figura semelhante) 
Embora a tensão angular dê conta da maior parte da tensão de anel do 
ciclopropano, não dá conta da totalidade da tensão. Em virtude de o anel ser 
(necessariamente) plano, os átomos de hidrogênio do anel estão todos eclipsados e a 
molécula também tem tensão de torsão (SOLOMONS, 1998, p. 155). 
Cicloalcanos 
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Os ângulos internos no ciclobutano são de 88º com diferença maior do que 21º em 
relação ao carbono sp3 em alcanos. O anel do ciclobutano é ligeiramente reverso, caso, 
ele fosse plano a tensão angular seria um pouco menor (os ângulos seriam de 90º ao invés 
de 88º), porém a tensão de torsão seria mais elevada, pois todos os oito átomos de 
hidrogênios estariam eclipsados. Distorcendo ligeiramente o ciclobutano, provoca-se um 
alívio maior da tensão de torção do que o pequeno aumento da tensão angular. 
 
Figura 19 - A conformação "reversa ou distorcida do ciclobutano 
CICLOPENTANO 
Os ângulos internos de um pentágono regular são de 108º, valor muito próximo dos 
ângulos da ligação tetraédrica, 109,5º. Então, se as moléculas do ciclopentano fossem 
planas teriam tensão angular muito pequena. Entretanto, a planaridade introduziria 
considerável tensão de torção, pois todos os 10 átomos de hidrogênio estariam 
eclipsados. Por isto, como o ciclobutano, o ciclopentano assume uma ligeira forma 
reversa, no qual um ou dois átomos do anel estão fora do plano dos outros átomos. Assim, 
alivia-se parte da tensão de torção. Uma ligeira deformação das ligações carbono-
carbono pode ocorrer com uma pequena variação de energia e, então, os átomos que 
estão fora do plano podem entrar no plano e os outros podem sair do plano. Desta 
maneira, a molécula fica flexível e muda rapidamente de uma conformação à outra. 
Com tensão de torção pequena e tensão angular pequena, o ciclopentano é quase tão 
estável quanto o cicloexano. 
 
Figura 20 - A forma distorcida, reversa do ciclopentano. Nesta estrutura, o átomo de carbono frontal está ligeiramente deslocado para cima. 
Na realidade, a molécula é flexível e muda constantemente de conformação. 
Cicloalcanos 
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CONFORMAÇÕES DO CICLOEXANO 
Existem evidências que a conformação mais estável do cicloexano é em 
“cadeira”, pois os ângulos das ligações carbono-
carbono são todos iguais a 109,5º, logo não há 
tensão angular. A configuração de cadeira 
também não tem tensão de torção. Ao longo de 
qualquer ligação entre carbonos, os átomos de 
hidrogênios parecem estar alternados. Os átomos 
de hidrogênio dos vértices opostos do anel do 
cicloexano estão com a separação máxima 
possível (SOLOMONS, 1998, p. 157). 
 
Figura 22 - Cicloexano 
O cicloexano também pode assumir a conformação em “bote” que também não 
tem tensão angular. Entretanto, esta conformação não está isenta de tensão de torção, 
pois ao longo dos eixos das ligações carbono-carbono laterais os hidrogênios destes 
átomos de carbonos estão eclipsados (VOGEL, 1989). 
 
Figura 23 - conformação em bote do cicloexano 
 
Figura 21 - Projeção de Newman - hidrogênios não 
eclipsados 
 
Cicloalcanos 
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A conformação em bote do cicloexano se forma quando uma extremidade da 
forma em cadeira sobe ou desce. Este movimento envolve somente rotações em torno 
de ligações simples carbono-carbono. 
 
Figura 24 - Hidrogênios eclipsados (projeção de Newman) 
A conformação em “cadeira” é mais estável, porém mais rígida do que a 
conformação em “bote” que pode adquirir nova forma para aliviar parte da tensão de 
torção reduzindo as interações de mastro. 
 
Figura 25 - interação de mastro dos átomos de hidrogênio da conformação em bote 
Logo, a conformação torcida tem energia mais baixa que a conformação em 
bote, porém, menos estável que a conformação em “cadeira”. 
 
Figura 26 - Conformação torcida 
As barreiras de energia entre as conformações em cadeira, em bote e torcida, no 
cicloexano, são bastante baixas para que seja possível a separação entre elas na 
temperatura ambiente. Na temperatura ambiente, as energias térmicas das moléculas 
Cicloalcanos 
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são suficientemente grandes para provocarem em cada segundo, cerca de 1 milhão de 
conversões de forma e, em virtude da sua maior estabilidade, mais de 99% das moléculas 
estão, num certo instante, na conformação em cadeira (SOLOMONS, 1998). 
 
Figura 27 - As energias relativas das diversas conformações do cicloexano. As posições de energia máxima são conformações denominadas 
em meia-cadeira, nas quais os átomos de carbono de uma extremidade do anel são coplanares. 
Bibliografia 
RUSSEL, J. B. (1994). QUÍMICA GERAL VOLUME 2. São Paulo: Pearson Makron Books. 
SOLOMONS, T. W. (1998). Química Orgânica 1. RIO DE JANEIRO: LTC. 
VOGEL, A. I. (1989). VOGEL'S (FIFTH EDITION ed.). New York, USA: LOGMAN SCIENTIFIC & TECHNICAL.