aula cap 06

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Química Orgânica - Uma 
Aprendizagem Baseada 
em Solução de 
Problemas
Capítulo 6
Conformações
Versão: Prof. Leandro Ferreira Pedrosa
Universidade Federal Fluminense
Química Orgânica I
2018
1
• As moléculas não são objetos inanimados. Elas podem se
contorcer e dobrar em todos os tipos de formas.
• As moléculas têm muitas posições nas quais podem se
contorcer e arquear.
• Algumas posições são confortáveis (de baixa energia),
enquanto outras posições são desconfortáveis (de alta
energia).
• As várias posições disponíveis a uma molécula são
chamadas de conformações.
Química Orgânica
Conformações
2
• É importante prever as conformações disponíveis das
moléculas, porque há certas atividades que podem ser
realizadas apenas em conformações específicas.
• Se a molécula não puder se torcer para a conformação
necessária para uma reação ocorrer, então a reação não
acontecerá.
Conformações
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Cunha e Traço Cavalete Projeção de Newman
• Para mostrar como os grupos estão posicionados no
espaço 3D, utilizamos cunhas cheias e cunhas tracejadas.
• Cunha cheia  significa que o F está para frente no espaço
3D.
• Cunha tracejada  significa que o Cl está para trás no
espaço 3D.
• Todos os 4 átomos de C estão posicionados no plano da
página.
Química Orgânica
Como representar uma projeção de Newman
4
• Como seria a molécula a partir de um ângulo ligeiramente
diferente.
• Nesta visão, você está olhando diretamente para uma
ligação carbono–carbono, em que um carbono está na
frente e um está atrás.
Como representar uma projeção de Newman
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• O carbono posterior que não
conseguimos ver, por convenção,
representamos como um grande círculo.
• No átomo de carbono posterior há um
grupo metila e dois átomos de hidrogênio.
• O ponto central na projeção de Newman é
o primeiro carbono. O grande círculo na
parte de trás é o carbono posterior.
• De uma só vez podem-se ver todos os
seis grupos.
Como representar uma projeção de Newman
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• Projeção de Newman é outra maneira de representar o
composto.
Como representar uma projeção de Newman
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• A ligação que conecta os dois átomos de
C é uma ligação  que pode girar
livremente.
• Às vezes, você pode ver todos os 6
grupos porque eles estão alternados,
em outras, você não vê os grupos na
parte de trás pois eles estão eclipsados
pelos 3 grupos da frente.
• Os C podem girar independentemente um do outro, o que
dá origem a muitas diferentes conformações possíveis.
• Fica mais complicado quando percebemos que qualquer
ligação simples em qualquer molécula pode girar
livremente, dando origem a um número enorme de
conformações para as moléculas.
Como representar uma projeção de Newman
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• Evitamos esse tipo de complexidade concentrando-nos
apenas em uma ligação particular e nas várias
conformações que surgirem da livre rotação apenas dessa
ligação, sem nos preocuparmos com o restante da
molécula.
Como representar uma projeção de Newman
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EXERCÍCIO 6.1: Represente uma projeção de
Newman do composto visto a seguir olhando da
perspectiva da seta:
Resposta.
• Compreender que há grupos com cunhas
tracejadas e cheias que não foram mostrados
(H).
Como representar uma projeção de Newman
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• Desenhar o átomo de C da frente com seus três
grupos. Olhando ao longo da direção da seta,
vemos:
H para cima à esquerda
H para cima à direita
Grupo metila para baixo
• Em seguida, desenhamos o átomo de carbono
posterior como um grande círculo e
observamos todos os três grupos ligados a ele.
Grupo metila para cima
H para baixo à esquerda
H para baixo à direita
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PROBLEMAS. Represente projeções de Newman para cada
um dos compostos vistos a seguir. Você só precisa colocar os
seis grupos em seus locais apropriados.
• Nas projeções de Newman há 3 conformações
alternadas e 3 conformações eclipsadas.
• Representemos todas as 3 conformações alternadas do
butano.
A melhor maneira de fazer isto é manter o átomo de
carbono posterior imóvel e girarmos lentamente os
grupos da frente
Química Orgânica
Classificação da estabilidade de projeções de Newman
12
• Na 1ª representação o grupo metila se encontra na parte
de baixo.
• Se girarmos o átomo de carbono da frente no sentido
horário com todos os seus três grupos, esta metila
terminará no topo à esquerda (2ª representação).
• Só giramos mais uma vez para chegar a 3ª representação.
• Se girarmos mais uma vez, voltamos a 1ª representação.
Classificação da estabilidade de projeções de Newman
• Na 1ª representação, os grupos metila estão o mais
distante possível um do outro, sendo esta a conformação
mais estável, chamada de conformação anti.
• As outras duas representações têm os grupos metila
próximos um do outro no espaço, interação gauche, o que
torna estas conformações um pouco menos estáveis do
que a conformação anti.
Classificação da estabilidade de projeções de Newman
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• Examinemos as 3 conformações eclipsadas do butano.
Vamos manter a parte de trás fixa e girar apenas o átomo
de carbono da frente com seus três grupos.
• Estas conformações são todas de alta energia em
relação às conformações alternadas.
• Entretanto, a conformação do meio é a mais instável,
pois os dois grupos metila (os dois grupos maiores) estão
se eclipsando.
Classificação da estabilidade de projeções de Newman
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Análise conformacional do etano
• A conformação alternada é a mais estável do etano, porque
as ligações C-H estão mais distantes possível.
• A conformação eclipsada é a menos estável, pois todas as
ligações C-H estão próximas.
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Análise conformacional C2-C3 do n-Butano
• Tensão estérica: repulsão entre nuvens eletrônicas de átomos
ou grupos substituintes.
EXERCÍCIO 6.8: Represente a conformação
mais estável e a menos estável do composto
visto a seguir, utilizando projeções de Newman
olhando para a seguinte ligação:
Resposta. Representar a projeção de Newman
que veríamos ao observar a ligação indicada.
• Esta projeção de Newman tem um grupo
metila e dois átomos de H ligados ao átomo
de C da frente, e haverá um grupo etila e
dois átomos de H ligados ao átomo de C
posterior.
• Girar o átomo de C da frente de modo a
fornecer a conformação mais estável.
Classificação da estabilidade de projeções de Newman
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• A conformação mais estável será uma
conformação alternada com os dois grupos
maiores anti um em relação ao outro, neste
caso, não é necessário girar.
• Para determinar a conformação menos
estável, precisamos girar o átomo de C da
frente e considerar todas as 3 conformações
eclipsadas.
• A conformação menos estável será aquela
com os dois maiores grupos eclipsando-se.
Classificação da estabilidade de projeções de Newman
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PROBLEMAS. Represente a conformação mais estável e a
menos estável de cada um dos compostos vistos a seguir:
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• Os ângulos das ligações C-C no ciclopropano são de 60º,
com um desvio de 49,5º do ideal (sp3 = 109,5º).
• A tensão angular resulta quando os ângulos de ligação
desviam-se do ângulo de ligação ideal 109,5º.
• No ciclopropano, a sobreposição de orbitais para formação
da ligação σ é parcialmente frontal.
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Química Orgânica
Cicloalcanos: Tensão no Anel 
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• Além de possuir tensão angular, anéis de três membros
possuem tensão torcional porque todas as ligações C-H
são eclipsadas.
• Os ângulos de ligação C-C no ciclobutano planar são
comprimidos de 109,5º para 90º, um desvio de 19,5º do
ideal.
• Ciclopentano seria o mais estável dos cicloalcanos com
ângulos de 108º.
Cicloalcanos: Tensão no Anel 
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• O ciclo-hexano, com ângulos de 120º, seria menosestável
por ter ângulos superiores a 109,5º.
• Ao contrário do previsto, ciclo-hexano é mais estável que o
ciclopentano.
• Não podemos assumir que todas as moléculas cíclicas
são planares.
• Apenas no ciclopropano os carbonos se encontram em um
plano.
ciclopropano
Cicloalcanos: Tensão no Anel 
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• Compostos cíclicos, torcem e dobram para atingir uma
estrutura que minimiza os três diferentes tipos de
tensão que podem desestabilizar um composto cíclico:
1. Tensão Angular: é a tensão induzida em uma molécula,
quando os ângulos de ligação são diferentes do ângulo
ideal ligação tetraédrica 109,5º.
2. Tensão Torsional: é causada pela repulsão entre os
elétrons de ligação de um substituinte e os elétrons de
ligação de um outro substituinte próximo.
3. Tensão Estérica: é causada por átomos ou grupos de
átomos muito próximos uns dos outros.
Cicloalcanos: Tensão no Anel 
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ciclobutano
• O ciclobutano planar teria menos tensão angular que o
ciclopropano, mais teria maior tensão torsional já que tem
oito pares de hidrogênio eclipsados, em comparação com
os seis pares de ciclopropano.
• No ciclobutano um dos seus grupos metileno é dobrado em
um ângulo de cerca de 25° do plano.
• Isso aumenta a tensão angular, mas é compensada pela
diminuição de tensão torsional.
Cicloalcanos: Tensão no Anel 
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• O ciclopentano planar não teria nenhuma tensão angular,
mas seus 10 pares de hidrogênio eclipsados estariam
sujeitos a considerável tensão torsional.
• O ciclopentano adquire uma conformação chamada de
envelope.
• Com pequena tensão torsional e angular, o ciclopentano é
tão estável quanto o ciclo-hexano.
ciclopentano
Cicloalcanos: Tensão no Anel 
• O ciclo-hexano assume uma conformação em forma de
cadeira livre de tensão.
•Nesta conformação todos os ângulos de ligação são 111°,
muito perto do ângulo ideal 109,5° e todas as ligações C-H são
alternadas.
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Cicloalcanos: Tensão no Anel 
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• Na conformação tipo bote do ciclo-hexano, alguns
hidrogênios encontram-se eclipsados.
• A conformação bote é ainda mais desestabilizada pela
estreita proximidade dos hidrogênios do mastro (o
hidrogênio na "proa" e "popa" do bote), que faz com que
haja tensão estérica.
conformação bote 
do ciclo-hexanos
Projeção de Newman 
da conformação bote 
Modelo bola e vareta da 
conformação bote do ciclo-hexano 
Hidrogênios mastros
Cicloalcanos: Tensão no Anel 
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As conformações do ciclo-hexano e suas energias
• A maioria dos alunos tem dificuldade de
representar a cadeira e seus substituintes
corretamente.
1. Comece desenhando um V bem aberto.
2. Trace uma linha a partir da direita superior
do V, descendo em um ângulo de 60 graus e
parando um pouco à direita do centro do V.
3. Trace uma linha paralela à linha do lado
esquerdo do V e pare um pouco à direita de
uma linha imaginária que desce em linha
reta a partir da esquerda superior do V.
Química Orgânica
Representação de conformações em cadeira
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4. Então, comece na esquerda superior do V e
trace uma linha paralela à linha traçada no
lado direito, descendo até onde esta linha
termina.
5. Finalmente, ligue as duas linhas finais.
• Quando você representa a cadeira de forma
descuidada, fica impossível colocar os
substituintes corretamente no anel.
Nunca desenhe uma cadeira assim.
Representação de conformações em cadeira
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1. Comece no canto direito superior e trace
uma linha subindo verticalmente.
2. Desenhe em torno do anel uma linha reta
em cada átomo de carbono, alternando entre
linhas para cima e para baixo.
Estes seis substituintes são chamados de
substituintes axiais.
• Eles se posicionam verticalmente para cima e
para baixo.
Representação de conformações em cadeira
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• Agora podemos começar a desenhar os substituintes.
Representação de conformações em cadeira
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• Os substituintes que apontam para fora na direção das
laterais são os substituintes equatoriais.
• Há seis deles. Cada um é representado de modo a ficar
paralelo às duas ligações cujos C não se ligam ao grupo
que está sendo representado.
• Lembre-se de que, se traçamos uma linha e não colocamos
nada ao final de cada linha, estamos representando um
grupo metila (CH3).
• Devemos representar os átomos de H na ponta destas
linhas.
• Geralmente, não temos que traçar todas as 12 linhas e
colocar os átomos de H nelas.
Representação de conformações em cadeira
35
• Nunca desenhe grupos como o que é visto a seguir:
• Um desenho como este frustra todo o objetivo de uma
representação em cadeira — o exato posicionamento
dos substituintes é muito importante.
Representação de conformações em cadeira
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• Como representar uma cadeira com a devida colocação
dos grupos quando temos uma representação regular estilo
hexágono?
• Assim, uma representação regular estilo hexágono, cada
um dos 6 átomos de C do anel, há dois grupos — um que
sai na sua direção e um que entra a partir de você.
Química Orgânica
Colocando grupos na cadeira
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• “Qualquer grupo que sai do anel e que está em uma cunha
cheia é chamada de para cima, porque o grupo está
erguendo-se acima do anel.”
• “Qualquer grupo em uma cunha tracejada é chamado de
para baixo, porque o grupo está descendo abaixo do anel.”
• Portanto, no exemplo anterior, o Br está para cima e o Cl
está para baixo.
Colocando grupos na cadeira
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• Aplicar a mesma terminologia aos grupos em uma cadeira.
• Cada átomo de C tem dois grupos, um apontando acima do
anel (para cima) e um apontando abaixo do anel (para
baixo).
• É importante compreender que não existe nenhuma
correlação entre para cima/para baixo e axial/equatorial.
Colocando grupos na cadeira
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• Como representar uma cadeira quando nos
derem um hexágono?
1. Começar colocando números. Estes não são
iguais aos números que utilizamos quando damos
nome a compostos (apenas nos ajudam a
desenhar a cadeira com os grupos no lugar certo).
Não importa onde se começa ou em que direção
nos movemos. Facilita começaremos na parte
superior e nos moveremos no sentido horário.
2. Desenhar uma cadeira e também enumerá-la.
Pode começar em qualquer lugar da cadeira, mas
deve ir na mesma direção que no hexágono.
Colocando grupos na cadeira
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• O Br está no C numerado como 1 e
o Cl está no C numerado como 3.
• Desenhar a cadeira mostrando
ambas as posições (para cima e
para baixo) em cada um dos
átomos de carbono onde é
necessário colocar um grupo.
Colocando grupos na cadeira
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• Para evitar erros, sempre mover no sentido horário e
sempre começar no canto direito superior
• Na representação do hexágono o Br está em
uma cunha cheia, então ele é para cima.
• O Cl está em uma cunha tracejada, então
ele é para baixo.
EXERCÍCIO 6.15: Represente uma conformação
em cadeira do composto visto a seguir:
Resposta. Numerar o hexágono no primeiro
grupo e seguir no sentido horário.
Desenhar a cadeira e a numerar movendo em
sentido horário.
Colocar as posições para cima e para baixo
nos átomos de carbono de números 1 e 2.
Adicionar os grupos. O OH na posição número 1
na direção para baixo (cunha tracejada no
desenho do hexágono), e o Me na posição
número 2 na direção para cima (cunha cheia).
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PROBLEMAS. Represente uma conformação em cadeira
para cada um dos compostos vistos a seguir:
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• A inversão de anel é um dos mais importantes aspectos do
entendimento das conformações em cadeira.
Não se trata apenas de inverter o anel
• Faz sentido pensar que isto seria uma inversão — afinal é
o significado comum da palavra “inversão”.
Química Orgânica
Inversão de anel
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• Quando dizemosque os anéis podem sofrer inversão
queremos realmente dizer:
• No desenho à esquerda, o lado esquerdo da cadeira está
apontando pra baixo.
• No desenho à direita, o lado esquerdo da cadeira está
apontando para cima.
• Trata-se de uma cadeira diferente.
Química Orgânica
Inversão de anel
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• Observe ainda que o Cl passou de uma posição
equatorial para uma posição axial.
Quando realizamos uma inversão de anel, todas as
posições axiais se tornam equatoriais e todas as
posições equatoriais se tornam axiais.
• O anel ciclo-hexano está se movendo o tempo todo,
invertendo-se entre duas conformações em cadeira
diferentes. Todos os substituintes estão constantemente se
invertendo entre ser axiais e ser equatoriais.
Inversão de anel
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• No exemplo anterior, a inversão da cadeira move o Cl de
uma posição equatorial para uma posição axial.
• O que dizer da “terminologia para cima / para baixo”?
• O Cl está para baixo o tempo todo.
• Para cima / para baixo não é algo que varia durante
uma inversão de anel.
• Não há nenhuma relação entre para cima/para baixo e
axial/equatorial.
Inversão de anel
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• O processo para desenhar o esqueleto da cadeira é muito
semelhante a como apresentado anteriormente.
• A única diferença é que desenhamos nossas linhas na
outra direção.
• Para desenhar a outra cadeira: (Etapa 2 chave)
Inversão de anel
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• Para desenhar os substituintes as regras são as mesmas
de antes.
Todas as posições axiais são desenhadas verticalmente
para cima e para baixo, alternadamente.
Todas as posições equatoriais são desenhadas paralelas
às duas ligações cujos carbonos não participam.
Inversão de anel
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EXERCÍCIO 6.23: Represente ambas as
conformações em cadeira do composto visto a
seguir:
Resposta. Numerar o hexágono no sentido horário.
OH na posição de número 1 e o Me na posição de
número 2.
Desenhar ambos os esqueletos das cadeiras e
numeramos no sentido horário e colocar as posições
para cima e para baixo nos átomos de C numerados
1 e 2.
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Colocar os grupos onde eles devem estar em ambas as
cadeiras.
O OH deverá estar na posição de número 1 na direção para
baixo (cunha tracejada no desenho hexagonal) e o Me
deverá estar na posição de número 2 na posição para cima
(cunha cheia).
Mostrar sem quaisquer números ou átomos de hidrogênio.
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PROBLEMAS. Para cada um dos compostos vistos a seguir,
represente ambas as conformações em cadeira.
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PROBLEMAS. Para cada conformação em cadeira
apresentada a seguir, faça uma inversão de cadeira e
desenhe a outra conformação.
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• Em um ciclo-hexano substituído, qual conformação é mais
estável?
• Os grupos estão invertendo-se entre as posições axiais e
equatoriais (à medida que se oscila de uma cadeira para
outra).
Uma conformação cadeira será mais estável com um
grupo em uma posição equatorial.
• Ele não fica colidindo contra outro grupo (menor
impedimento estérico).
Química Orgânica
Comparação da estabilidade das cadeiras
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• As posições axiais ficam colidindo contra outras posições
axiais, mas as posições equatoriais não.
Quanto maior o grupo, maior a preferência por ser
equatorial.
Comparação da estabilidade das cadeiras
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• Essas interações estéricas
desfavoráveis são chamadas de
interações 1,3-diaxial.
• Um grupo terc-butil passará quase todo seu tempo em uma
posição equatorial.
• Isto essencialmente “trava” o anel em uma das
conformações e evita que o anel sofra inversão.
• A verdade é que o anel ainda está sofrendo inversão, mas
está passando mais de 99% do seu tempo na conformação
em cadeira mais estável.
Comparação da estabilidade das cadeiras
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Keq = [confôrmero equatorial]/[confôrmero axial]
• Quanto maior o substituinte em um anel ciclo-hexano,
mais o confôrmero com o substituinte na posição
equatorial será favorecido.
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Comparação da estabilidade das cadeiras
• Se há apenas um grupo no anel,
cadeira mais estável com o grupo
na posição equatorial.
• Se houver dois grupos, melhor
quando ambos ocupam posições
equatoriais.
Comparação da estabilidade das cadeiras
58
• Se somente um pode ser equatorial em uma das cadeiras,
então a cadeira mais estável será aquela com o grupo
maior na posição equatorial.
EXERCÍCIO 6.37: Para o composto visto a seguir,
represente a conformação em cadeira mais estável:
Resposta. Desenhar ambas as conformações em
cadeira
Selecionar a cadeira com o grupo maior na posição
equatorial.
Neste caso, ambos os grupos são equatoriais, então:
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PROBLEMAS. Para cada composto visto a seguir, represente
a conformação em cadeira mais estável.
60
• Quando dois grupos estão ambos para cima ou ambos
para baixo, nós os chamamos de cis um em relação ao
outro.
• Quando um grupo está para cima e um grupo está para
baixo, nós os chamamos de trans um em relação ao outro.
• Não confunda com ligações duplas cis e trans. Não
desenhe ligações duplas.
Química Orgânica
Não se confunda com a nomenclatura
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62FIM