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Aula 1 a 4   Alcanos e cicloalcanos

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1 
Bibliografia: 
Química Orgânica – Solomons & Fryhle – 8 ed. Cap. 4 e 10. v. 1. 
Química Orgânica – Vollhardt & Schore – 4 ed. Cap. 3 e 4. 
Química Orgânica – Constantino – Cap. 2.2. v. 1. 
Organic Chemistry – Clayden – Cap. 18 
Química Orgância – John McMurry – Cap 3 
 
Aulas 1 e 2 – Alcanos e cicloalcanos 
 
2 
- Alcanos: a mais simples classe de compostos orgânicos, pois não contém nenhum grupo 
funcional; 
- São extremamente NÃO reativos; 
- A falta de reatividade faz com que sejam usados como solventes em reações orgânicas; 
- O que os alcanos “fazem bem”: queimam!!! São combustíveis, como metano, propano, 
butano, isooctano, etc… 
 
3 
Alcanos e cicloalcanos 
Compostos orgânicos com fórmula geral CnH2n+2 e CnH2n 
 
• Compostos orgânicos saturados, chamados de 
hidrocarbonetos (somente átomos de carbono e hidrogênio). 
 
• As ligações C-C e C-H são covalentes apolares; possuem 
elevada energia de dissociação (homolítica e heterolítica). 
 
• Principal fonte de hidrocarbonetos saturados é o petróleo. 
• Os alcanos podem ter cadeia linear ou ramificada (rever regras de nomenclatura). 
 
Exemplos: 
4 
Destilação fracionada do petróleo 
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1. Estrutura química 
 
• É importante reconhecer as características estruturais dos alcanos e as regras de nomenclatura de 
moléculas orgânicas (não serão discutidas aqui; fazer lista de exercícios para revisão). 
Tabela 1. Alcanos lineares. 
Consulte a bibliografia indicada para as regras para nomenclatura de compostos orgânicos. 
6 
Em alcanos não lineares há necessidade de se identificar corretamente os substituintes 
Você deve memorizar os nomes dos substituintes mostrados a seguir. 
Atenção: embora se utilize a notação R para especificar um 
substituinte ligado a uma cadeia principal de um composto 
orgânico, este NÃO deve ser referido como um “radical”. Um 
radical é, por definição, uma espécie reativa com um elétron 
desemparelhado! 
-Qual é a distribuição eletrônica do átomo de Carbono? 
- Como explicar o porquê do carbono fazer 4 ligações? Deveria fazer apenas 2! 
- Para o átomo de carbono, é vantajoso promover um elétron do orbital 2s 
para o 2p, mesmo tendo que absorver 96 kcal/mol, pois após realizadas as 
quatro ligações ele perde 420 kcal/mol. 
 
Hibridização (mistura, combinação) de um orbital s com um orbital p 
O orbital s tem energia menor que o orbital p. 
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O átomo de carbono nos alcanos é hibridizado sp3 
Os orbitais sp3 são degenerados, ou seja, têm mesma energia. Dessa forma o átomo de carbono com 
essa hibridização fará 4 ligações s (sigma) equivalentes. Carbono que faz 4 ligações simples possui 
hibridização sp3 
 
A combinação (hibridização) de um orbital s e três orbitais p dá 
origem a quatro orbitais sp3 de igual energia, os quais acomodam 
os 4 elétrons da camada de valência do átomo de carbono. 
10 
Um orbital sp3 parece com um orbital p, com um 
dos lóbulos maior (em geral o lóbulo menor é 
omitido em representações) 
O lóbulo estendido do orbital 
sp3 pode se sobrepor ao 
orbital s de um átomo de 
hidrogênio (sobreposição 
frontal), dando origem a uma 
ligação sigma C-H 
A ligação é chamada de sigma (s) pois a superposição de orbitais 
fornece uma ligação esfericamente simétrica na seção transversal, 
quando vista ao longo do eixo de ligação. 
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A molécula do metano 
Representação da molécula do 
metano em linhas de ligação 
(geometria tetraédrica) 
Representação da molécula no 
modelo de bola e palito (bola 
preta é o átomo de carbono e 
bolas brancas representam os 
átomos de hidrogênio) 
Estrutura do metano que representa a geometria 
tetraédrica da molécula e a superposição dos 
orbitais sp3 do carbono com o orbital s dos 
átomos de hidrogênio 
Estrutura baseada em cálculos de 
mecânica quântica; a superfície 
sólida interna (região ligante) 
representa região de alta 
densidade eletrônica. 
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Diferentes formas de representação da estrutura molecular 
Rotação 
Livre 
13 
Propriedades físico-químicas dos alcanos 
 
• Alcanos são praticamente insolúveis em água (hidrofóbicos); os alcanos são menos densos que a água 
(d < 1g/mL). 
 
• Em condições normais, de CH4 até C4H10 são alcanos gasosos; de C5H12 até C17H36 são alcanos líquidos; 
e de C18H38 a C20H2n+2 são sólidos. 
 
Temperatura de ebulição dos alcanos e cicloalcanos 
Os pontos de ebulição dos alcanos aumentam com o peso 
molecular e com o comprimento da cadeia carbônica principal 
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Quanto menor a área de contato menor o ponto de ebulição do alcano, ou 
seja, alcanos ramificados têm PE menores do que os alcanos lineares de 
massa molecular equivalente. 
n-hexano
PE = 68,7oC
2,2-dimetilbutano
PE = 49,7oC
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As forças moleculares existentes nos alcanos são as forças de van der Waals 
16 
Análise Conformacional 
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Conformação 
Conformação: interconversão de estruturas por simples rotação de ligação simples. Se 
houver quebra de ligação não é mais uma mudança de conformação. 
18 
4. Análise Conformacional dos alcanos 
Grupos ligados apenas por ligações s (simples) podem sofrer rotação em torno dessa ligação. Os 
arranjos moleculares temporários são denominados de conformações. 
Para estudos de análise conformacional faremos uso substancialmente das Projeções de Newman. 
Projeção de Newman alternada do etano 
Projeção de Newman eclipsada do etano 
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Tipos de projeções moleculares utilizadas em Química Orgânica 
Aprendendo a desenhar as projeções... 
Análise Conformacional do Etano 
20 
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Diferentes energias dos confôrmeros: 
- Tensão estérica é causada por átomos ou grupos de átomos muito aproximados uns 
dos outros. Para o etano menos de 10% de contribuição. 
- Tensão torsional é causada pela repulsão entre elétrons ligantes de um substituinte e 
os elétrons ligantes de um substituinte próximo. 
Ligações coplanares possuem grande repulsão eletrônica. 
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De acordo com o ângulo diedro, as conformações podem ser 
classificadas em: 
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Análise conformacional do etano 
(variação de energia dos diferentes confôrmeros) 
Variação de energia potencial que acompanha a 
rotação dos grupos em torno da ligação carbono-
carbono do etano. 
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Análise conformacional do n-butano 
(variação de energia dos diferentes confôrmeros) 
Podemos analisar as conformações a partir da rotação de diferentes ligações carbono-
carbono. Analise os confôrmeros ao longo da ligação C2-C3. 
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Diagrama de energia para os confôrmeros do n-butano (ao longo de C2-C3) 
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5. Análise Conformacional dos cicloalcanos 
Nem todos os alcanos cíclicos têm a mesma estabilidade. O cicloexano é o mais estável; os demais 
cicloalcanos possuem tensão de anel. 
 
Calor de combustão  O calor de combustão de um composto é a variação de entalpia para oxidação 
completa do composto. 
 
CH4 + 2 O2  CO2 + H2O H° = -803 kJ mol
-1 
Para cada um mol de hidrocarbonetos isoméricos é necessária a mesma quantidade de oxigênio e será 
produzida a mesma quantidade de gás carbônico e água, mas a energia necessária é diferente: 
+ 6 1/2 O2 4 CO2 + 5 H2O
+ 6 1/2 O2 4 CO2 + 5 H2O
H° = -2877 kJ mol-1 
H° = -2868 kJ mol-1 
Podemos correlacionar o calor de combustão com a estabilidade 
dos compostos orgânicos! 
27 
Em uma série homóloga, a equação geral de combustão é: 
(CH2)n + 3/2n O2  n CO2 + n H2O + calor 
Uma vez que os cicloalcanos não são isoméricos não se pode 
comparar os seus calores de combustão diretamente. Calcula-se 
a quantidade de calor liberada por grupo CH2. 
Tabela 3. Calores de combustão e tensão do anel

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