Alcanos - conformações

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AlcanosAlcanos –– propriedades propriedades 
e ane anáálise lise conformacionalconformacional
Caio Lima FirmeCaio Lima Firme
HidrocarbonetosHidrocarbonetos
�� Os hidrocarbonetos são compostos que contêm apenas carbono e hidOs hidrocarbonetos são compostos que contêm apenas carbono e hidrogênio e são rogênio e são 
divididos em duas classes principais: alifdivididos em duas classes principais: alifááticos e aromticos e aromááticos. Esta classificaticos. Esta classificaçção data ão data 
do sdo sééculo XIX, quando a quculo XIX, quando a quíímica orgânica era quase que exclusivamente voltada mica orgânica era quase que exclusivamente voltada 
para o estudo de materiais a partir de fontes naturais e os termpara o estudo de materiais a partir de fontes naturais e os termos eram cunhados os eram cunhados 
refletindo a origem de uma substância. As duas fontes eram gordurefletindo a origem de uma substância. As duas fontes eram gorduras e ras e óóleos. A leos. A 
palavra alifpalavra alifáático vem do grego tico vem do grego aleipharaleiphar (gordura). Hidrocarbonetos arom(gordura). Hidrocarbonetos aromááticos, ticos, 
independentemente de seus prindependentemente de seus próóprios odores, eram tipicamente obtidos pelo prios odores, eram tipicamente obtidos pelo 
tratamento qutratamento quíímico de extratos de plantas de mico de extratos de plantas de fragânciafragância agradagradáável.vel.
�� Os hidrocarbonetos alifOs hidrocarbonetos alifááticos incluem três grupos principais: ticos incluem três grupos principais: alcanosalcanos, , alcenosalcenos e e 
alcinosalcinos. Os . Os alcenosalcenos são hidrocarbonetos em que todas as ligasão hidrocarbonetos em que todas as ligaçções são simples. Os ões são simples. Os 
alcenosalcenos contêm uma ligacontêm uma ligaçção dupla carbonoão dupla carbono--carbono. Os carbono. Os alcinosalcinos contêm um ligacontêm um ligaçção ão 
tripla carbonotripla carbono--carbono. carbono. 
�� Outro nome para os hidrocarbonetos aromOutro nome para os hidrocarbonetos aromááticos ticos éé arenoareno. Os . Os arenosarenos têm têm 
propriedades que são muito diferentes dos propriedades que são muito diferentes dos alcanosalcanos, , alcenosalcenos e e alcinosalcinos. O . O 
hidrocarboneto aromhidrocarboneto aromáático mais importante tico mais importante éé o benzeno.o benzeno.
Etano Etileno Acetileno
Benzeno
AlcanosAlcanos
�� Os Os alcanosalcanos têm a ftêm a fóórmula molecular geral Crmula molecular geral CnnHH2n+22n+2. O . O alcanoalcano mais simples, o mais simples, o 
metano (CHmetano (CH44), ), éé tambtambéém o mais abundante. Grandes quantidades de metano m o mais abundante. Grandes quantidades de metano 
estão presentes em nossa atmosfera, no chão e nos oceanos. estão presentes em nossa atmosfera, no chão e nos oceanos. 
�� O etano (CO etano (C22HH66) e o propano (C) e o propano (C33HH88) são o segundo e o terceiro componentes mais ) são o segundo e o terceiro componentes mais 
abundantes do gabundantes do gáás natural (10% e 5%, respectivamente), em que o metano tem s natural (10% e 5%, respectivamente), em que o metano tem 
75% de abundância.75% de abundância.
�� A medida que se aumenta o nA medida que se aumenta o núúmero de mero de áátomos de carbono, aumentatomos de carbono, aumenta--se o ponto se o ponto 
de ebulide ebuliçção dos ão dos alcanosalcanos porque aumentaporque aumenta--se as interase as interaçções intermoleculares de van ões intermoleculares de van 
der der WaalsWaals..
- 42oC- 89oC- 160oCPonto de ebulição
propanoetanometano
�� Importante: Importante: 
�� O grupo O grupo ––CHCH33 éé chamado de chamado de metilametila
�� O grupo O grupo ––CHCH22-- éé chamado de chamado de metilenometileno
�� O grupo O grupo ––CHCH-- éé chamado de chamado de metinometino
PropanoEtanoMetano
AlcanosAlcanos –– Fontes de obtenFontes de obtenççãoão
Fonte de alcanos: petróleo
Método de obtenção: destilação fracionada do petróleo
Asfalto, parafinaAsfalto, parafinaCC2020 e maiore maior
SSóólidos não lidos não --
volvolááteisteis
ÓÓleo lubrificante, graxaleo lubrificante, graxaCC2020 e maiore maior
LLííquidos nãoquidos não--
volvolááteisteis
ÓÓleo diesel, leo diesel, óóleo combustleo combustíívelvelCC1212 e maiore maior250250––400400
Querosene e combustQuerosene e combustíível de aviãovel de aviãoCC1212––CC1818175175––325325
Gasolina Gasolina CC55––CC10104040––200200
Solventes Solventes CC66––CC776060––100100
ÉÉter de petrter de petróóleo, solventesleo, solventesCC55––CC662020––6060
GGáás natural, produtos petroqus natural, produtos petroquíímicosmicosCC11––CC44Abaixo de 20Abaixo de 20
Uso
Número de átomos 
de carbono por 
molécula
Faixa da 
temperatura de 
ebulição (°°°°C)
AlcanosAlcanos e isomeriae isomeria
�� O metano, etano e propano são os O metano, etano e propano são os úúnicos nicos alcanosalcanos de fde fóórmulas moleculares CHrmulas moleculares CH44, C, C22HH66 e Ce C33HH88, , 
respectivamente.respectivamente.
�� A partir do CA partir do C44HH1010, contudo, isômeros constitucionais são poss, contudo, isômeros constitucionais são possííveis. No caso do butano, hveis. No caso do butano, háá 2 2 
isômeros constitucionais: isômeros constitucionais: nn--butano e butano e isobutanoisobutano. O . O isobutanoisobutano éé o menor o menor alcanoalcano de cadeia de cadeia 
ramificada.ramificada.
�� Isômeros são compostos diferentes que têm a mesma fIsômeros são compostos diferentes que têm a mesma fóórmula molecular.rmula molecular.
�� Modernamente, dizemos que isômeros constitucionais são compostosModernamente, dizemos que isômeros constitucionais são compostos que têm a mesma que têm a mesma 
ffóórmula molecular, mas diferem na ordem em que seus rmula molecular, mas diferem na ordem em que seus áátomos estão conectados.tomos estão conectados.
�� Ambos Ambos nn--butano e butano e isobutanoisobutano (2(2--metilpropanometilpropano) são gases ) são gases àà temperatura ambiente, mas eles temperatura ambiente, mas eles 
têm diferentes pontos de ebulitêm diferentes pontos de ebuliçção e fusão. O ão e fusão. O isobutanoisobutano tem menores pontos de ebulitem menores pontos de ebuliçção e fusão ão e fusão 
do que o ndo que o n--butano porque o grupo metila ligado ao C2 diminui as interabutano porque o grupo metila ligado ao C2 diminui as interaçções intermoleculares ões intermoleculares 
de van der de van der waalswaals, pois quanto mais linear , pois quanto mais linear éé a cadeia maiores são as interaa cadeia maiores são as interaçções intermoleculares ões intermoleculares 
nos nos alcanosalcanos..
-160,9 oC- 139 oCPonto de fusão
- 10,2oC- 0,4oCPonto de ebulição
2-metilpropano
(isobutano)
n-Butano
2-metilpropano
(n)-butano
AlcanosAlcanos e isomeriae isomeria
�� Os Os nn--alcanosalcanos são são alcanosalcanos que têm cadeia carbônica linear (sem ramificaque têm cadeia carbônica linear (sem ramificaçções). ões). 
Contudo, as cadeias dos Contudo, as cadeias dos nn--alcanosalcanos não são retas, mas tendem a adotar uma forma não são retas, mas tendem a adotar uma forma 
zigzig--zagzag. Os . Os nn--alcanosalcanos têm ftêm fóórmula geral CHrmula geral CH33(CH(CH22))xxCHCH33 e pertencem a uma se pertencem a uma séérie rie 
homhomóóloga de compostos. loga de compostos. 
CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3
�� O O pentanopentano CC55HH1212 tem três isômeros: o isômero não ramificado (tem três isômeros: o isômero não ramificado (nn--pentanopentano), o ), o 
isômero com um grupo metila como ramificaisômero com um grupo metila como ramificaçção (ão (isopentanoisopentano ou 2ou 2--metilbutanometilbutano) e ) e 
um isômero com dois grupos metilas como ramificaum isômero com dois grupos metilas como ramificaçções (2,2ões (2,2--dimetilpropanodimetilpropano ou ou 
neopentanoneopentano).).
CH3CH2CH2CH2CH3
CH3(CH2)3CH3
CH3CHCH2CH3
CH3
(CH3)2CHCH2CH3
CH3
CH3
CH3C(CH3)2CH3
CH3CCH3
AlcanosAlcanose isomeriae isomeria
�� Não existe uma forma de calcular facilmente o nNão existe uma forma de calcular facilmente o núúmero de isômeros de um mero de isômeros de um 
determinado determinado alcanoalcano. Os dados da tabela abaixo foram obtidos por um matem. Os dados da tabela abaixo foram obtidos por um matemáático tico 
que concluiu que não hque concluiu que não háá uma expressão simples para calcular o numa expressão simples para calcular o núúmero de mero de 
isômeros. A melhor forma de assegurar que foram escritas todos oisômeros. A melhor forma de assegurar que foram escritas todos os isômeros de s isômeros de 
uma particular fuma particular fóórmula molecular rmula molecular éé trabalhar sistematicamente, cometrabalhar sistematicamente, começçando de uma ando de uma 
cadeia linear e então diminucadeia linear e então diminuíí--la acrescentando ramificala acrescentando ramificaçções uma por uma. ões uma por uma. ÉÉ
importante determinar quando duas estruturas aparentemente diferimportante determinar quando duas estruturas aparentemente diferentes são na entes são na 
verdade a mesma molverdade a mesma moléécula. No exemplo abaixo, todas as estruturas representam a cula. No exemplo abaixo, todas as estruturas representam a 
mesma molmesma moléécula (cula (isopentanoisopentano) com formas diferentes de escrevê) com formas diferentes de escrevê--la.la.
IsopentanoNúmero de alcanos isoméricos constitucionais de fórmulas moleculares 
particulares
Número de isômeros constitucionaisFórmula molecular
Z
Vamos girar o etano 
90ºno eixo Z
O resultado é uma 
visão tridimensional 
da projeção de 
Newman do etano
H H
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
Projeção de 
Newman do etano
Etano
ProjeProjeçção de Newmanão de Newman
Z
Vamos girar o etano 
90ºno eixo Z
O resultado é uma 
visão tridimensional 
da projeção de 
Newman do etano
H H
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
Projeção de 
Newman do etano
Etano
ProjeProjeçção de Newmanão de Newman
Isomerismo Isomerismo conformacionalconformacional
�� O isomerismo O isomerismo conformacionalconformacional éé uma forma de isomerismo nas quais os isômeros uma forma de isomerismo nas quais os isômeros 
podem ser podem ser interconvertidosinterconvertidos pelas rotapelas rotaçções em torno de ligaões em torno de ligaçções simples. Os ões simples. Os 
isômeros isômeros conformacionaisconformacionais são chamados de são chamados de conformerosconformeros. . 
�� Os Os conformerosconformeros podem se diferir pelas rotapodem se diferir pelas rotaçções de muitas ligaões de muitas ligaçções simples ou ões simples ou 
apenas uma.apenas uma.
�� Os Os rotâmerosrotâmeros são são conformerosconformeros que diferem pela rotaque diferem pela rotaçção de apenas uma ligaão de apenas uma ligaçção ão 
simples.simples.
�� Diferentes Diferentes conformerosconformeros podem se podem se interconverterinterconverter pela rotapela rotaçção ao redor de ligaão ao redor de ligaçções ões 
simples, sem haver quebra de ligasimples, sem haver quebra de ligaçções quões quíímicas. micas. 
�� A existência de mais de uma conformaA existência de mais de uma conformaçção, usualmente com diferentes energias, ão, usualmente com diferentes energias, éé
devido devido àà rotarotaçção ão estericamenteestericamente (ou espacialmente) impedida das liga(ou espacialmente) impedida das ligaçções sigma de ões sigma de 
carbonos hibridizados spcarbonos hibridizados sp33..
�� As estabilidades relativas de diferentes As estabilidades relativas de diferentes conformerosconformeros de uma molde uma moléécula são cula são 
usualmente explicadas por repulsão eletrônica e/ou efeitos eletrusualmente explicadas por repulsão eletrônica e/ou efeitos eletrônicos.ônicos.
�� A conformaA conformaçção mais estão mais estáável de uma molvel de uma moléécula cula éé aquela que possui menor repulsão aquela que possui menor repulsão 
eletrônica entre ligaeletrônica entre ligaçções vizinhas dos ões vizinhas dos áátomos cuja ligatomos cuja ligaçção ão éé girada.girada.
�� As conformaAs conformaçções não são ões não são sobreponsobreponííveisveis em três dimensões e podem ser em três dimensões e podem ser 
caracterizada pelo seu ângulo diedro (ângulo envolvendo quatro caracterizada pelo seu ângulo diedro (ângulo envolvendo quatro áátomos).tomos).
�� Não hNão háá livre rotalivre rotaçção em torno de ligaão em torno de ligaçções duplas e triplas porque os elões duplas e triplas porque os eléétrons trons pipi
geram eficaz repulsão eletrônica com os elgeram eficaz repulsão eletrônica com os eléétrons de ligatrons de ligaçções vizinhas.ões vizinhas.
�� HHáá três posstrês possííveis conformaveis conformaçções para os ões para os alcanosalcanos: eclipsada, torcida e em oposi: eclipsada, torcida e em oposiçção.ão.
�� Os Os cicloalcanoscicloalcanos, assim como os , assim como os alcanosalcanos, tamb, tambéém possuem diferentes m possuem diferentes conformerosconformeros..
Rotação interna do etano
Ângulo diedro
Conformação em oposição
AnAnáálise lise conformacionalconformacional do etanodo etano
�� O etano tem duas conformaO etano tem duas conformaçções: em oposiões: em oposiçção e eclipsadaão e eclipsada
ConformaConformaçção mais estão mais estáável: vel: 
possui menor repulsão possui menor repulsão 
eletrônica entre ligaeletrônica entre ligaçções ões 
vizinhas dos vizinhas dos áátomos cuja tomos cuja 
ligaligaçção ão éé girada.girada.
Repulsão eletrônica entre Repulsão eletrônica entre 
ligaligaçções Cões C--H de H de áátomos de tomos de 
carbono diferentes carbono diferentes 
Conformação eclipsada
AnAnáálise lise conformacionalconformacional do do butanobutano
�� O O butanobutano tem quatro conformatem quatro conformaçções: eclipsada, em oposiões: eclipsada, em oposiçção e torcida (ão e torcida (θθθθθθθθ= 60= 60ºº e 120e 120ºº))
Conformação eclipsada
(máximo absoluto em energia)
CH3
H H
HH
CH3
CH3
H H
HH
CH3
=
CH3
H
H
HH
CH3
CH3
H
H
HH
CH3
Conformação torcida (θθθθ=120º)
(máximo relativo em energia)
Conformação em oposição
(mínimo absoluto em energia)
CH3
H
H H
H
CH3
CH3
H
H H
H
CH3
CH3
H
H
H
H
CH3
CH3
H
H
H
H
CH3
Conformação torcida (θθθθ=60º)
(mínimo relativo em energia)
AnAnáálise lise conformacionalconformacional do do butanobutano
Repulsão eletrônica entre Repulsão eletrônica entre 
ligaligaçções Cões C--H de H de áátomos de tomos de 
carbono diferentes carbono diferentes 
Conformação sinperiplanar
CH3
H H
HH
CH3
CH3
H H
HH
CH3
CH3
H
H
H
H
CH3
CH3
H
H
H
H
CH3
CH3
H
H
HH
CH3
CH3
H
H
HH
CH3
CH3
H
H H
H
CH3
CH3
H
H H
H
CH3
Ângulo de torsão
E
n
e
r
g
i
a
 
p
o
t
e
n
c
i
a
l
 
(
k
c
a
l
/
m
o
l
)
Máximo absoluto
Mínimo relativo Mínimo absoluto
Máximo relativo
Propriedades dos Propriedades dos alcanosalcanos
�� As forAs forçças atrativas entre espas atrativas entre espéécies neutras são referidas como forcies neutras são referidas como forçças de van der as de van der 
WaalsWaals e podem ser: dipoloe podem ser: dipolo--dipolo; dipolo induzidodipolo; dipolo induzido--dipolo; dipolo induzidodipolo; dipolo induzido--dipolo dipolo 
induzido. Estas forinduzido. Estas forçças são elas são eléétricas em natureza, e para vaporizar uma substância tricas em natureza, e para vaporizar uma substância éé
preciso vencêpreciso vencê--las. As forlas. As forçças de van der as de van der WaalsWaals nos nos alcanosalcanos são basicamente dipolo são basicamente dipolo 
induzidoinduzido--dipolo induzido. A forma estendida do dipolo induzido. A forma estendida do alcanoalcano linear permite maiores linear permite maiores 
pontos de contatopara associapontos de contato para associaçções moleculares. ões moleculares. AlcanosAlcanos ramificados têm menor ramificados têm menor 
áárea superficial disponrea superficial disponíível para o contato com outras molvel para o contato com outras molééculas e tem menores culas e tem menores 
pontos de fusão e ebulipontos de fusão e ebuliçção. O ponto de ebulião. O ponto de ebuliçção de ão de alcanosalcanos lineares aumenta com o lineares aumenta com o 
aumento de naumento de núúmero de mero de áátomos de carbono.tomos de carbono.
Número de átomos do alcano
P
o
n
t
o
 
d
e
 
e
b
u
l
i
ç
ã
o
 
(
g
r
a
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s
 
C
e
l
s
i
u
s
 
–
1
 
a
t
m
)
Alcanos não ramificados
Alcanos ramificados com
grupo 2-metila
Propriedades dos Propriedades dos alcanosalcanos
�� Os calores de combustão podem ser usados para medir a estabilidaOs calores de combustão podem ser usados para medir a estabilidade relativa de de relativa de 
hidrocarbonetos isomhidrocarbonetos isomééricos, pois todos isômeros formam o mesmo produto final de ricos, pois todos isômeros formam o mesmo produto final de 
combustão. Ao comparar os isômeros, aquele com a menor energia pcombustão. Ao comparar os isômeros, aquele com a menor energia potencial, ou otencial, ou 
seja, o menor calor de combustão, seja, o menor calor de combustão, éé o mais esto mais estáável. vel. 
�� No caso dos No caso dos alcanosalcanos CC88HH1818, o isômero mais ramificado, 2,2,3,3, o isômero mais ramificado, 2,2,3,3--tetrametilbutanotetrametilbutano, , éé o o 
mais estmais estáável, e o isômero linear vel, e o isômero linear éé o menos esto menos estáável. Esta vel. Esta éé uma regra geral para os uma regra geral para os 
alcanosalcanos, ou seja, o isômero mais ramificado , ou seja, o isômero mais ramificado éé mais estmais estáável do que o isômero menos vel do que o isômero menos 
ramificado.ramificado.
C
a
l
o
r
 
d
e
 
c
o
m
b
u
s
t
ã
o
1307,5 kcal/mol 1306,3 kcal/mol 1304,6 kcal/mol 1303 kcal/mol
+12,5 O2
+12,5 O2
+12,5 O2
+12,5 O2
8 CO2 + 9 HO2