cap 4

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Nomenclatura e conformações 
de alcanos e cicloalcanos
Universidade Federal de Minas Gerais
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Química Orgânica I
Introdução
Hidrocarbonetos
Alcanos CnH2n+2 Alquenos CnH2n
 Alquinos CnH2n-2 Cicloalcanos CnH2n
Introdução
 Arranjos dos alcanos
 Geometria tetraédrica
 Hidridização sp3
 Cadeias em ziguezague
 Os átomos de C são classificados
 Primários
 Secundários 
 Terciários 
 Quartenários
H3C C CH2 CH CH3
CH3
CH3
CH3
1 2 3 4 5
6 7
8
Isomeria constitucional
Mesma fórmula molecular  conectividade diferente 
pf, pe, ,  diferentes
Nomenclatura
n* Nome n nome
1 Metano 17 Heptadecano
2 Etano 18 Octadecano
3 Propano 19 Nonadecano
4 Butano 20 Icosano
5 Pentano 21 Henicosano
6 Hexano 22 Docosano
7 Heptano 23 Tricosano
8 Octano 30 Triacontano
9 Nonano 31 Hentriacontano
10 Decano 40 Tetracontano
11 Undecano 41 Hentetracontano
12 Dodecano 50 Pentacontano
13 Tridecano 60 Hexacontano
14 Tetradecano 70 Heptacontano
15 Pentadecano 80 Octacontano
16 Hexadecano
IUPAC: International Union of 
Pure and Applied Chemistry
“cada composto diferente deve ter 
um nome específico”
(*) Número de átomos de 
carbono:
Terminações
an » alcano
en » alqueno
in » alquino
Cíclicos: prefixo ciclo
raízes gregas ou latinas
Regras
Ler págs 145 a 154 (10ª edição, Solomons)
Nomenclatura
Grupos comuns:
✓Quando se remove um átomo de H de um alcano tem-se um grupo
alquila.
✓Se o alcano é não ramificado e o átomo de H removido é terminal, os
nomes são diretos.
-CH3 -CH2CH3 -CH2CH2CH3
Metila Etila Propila
-CH2CH2CH2CH3 -CH2CH2CH2CH2CH3
Butila Pentila
Nomenclatura
Grupos comuns:
✓Para alcanos com mais de dois átomos de C, são possíveis mais de dois
grupos derivados
✓Nome comum e nome sistemático
CH3C
CH3
H
Isopropila
CHH3C
CH3
CH2
Isobutila
CH3C
CH3
CH3
terc-butila
H3C C CH2 CH3
H
sec-butila
2-butila 2-metil-2-propila
2-metil-1-propila2-propila
Propriedades físicas dos alcanos e cicloalcanos
Alcanos não ramificados
 C1 – C4  gases
 C5 – C17  líquidos
 > C18  sólidos
Peb  maior MM maior Peb: maior área
da superficie molecular, maior a força
intermolecular do tipo dispersão de
London
Ramificações diminuem a superficie de
contato, menor peb.
Propriedades físicas dos alcanos e cicloalcanos
Ponto de fusão: alcanos não ramificados: De modo geral: aumento da MM
aumenta PF (compactação) porém não apresentam um aumento suave como o peb
(linha ziguezague fig b).
Alcanos ramificados: Mais difícil de prever
Cicloalcanos: pf e peb mais altos do que seus correspondentes de cadeia aberta.
Densidade dos alcanos e cicloalcanos: baixa < 1,00 g/mol
Solubilidade: insolúveis em água devido a baixa polaridade. Dissolve bem em
solventes de baixa polaridade (CCl4; CHCl3 etc)
Ligação sigma e rotação de ligação
Grupos unidos por ligações sigma podem sofrer rotação 
em torno desta ligação gerando diferentes conformações 
Conformações: formas moleculares temporárias que resultam 
das rotações de grupos em torno da ligação sigma 
confôrmero
Quando os músculos se contraem para realizar
trabalho, as ligações (simples) sigma carbono-
carbono da proteína muscular, miosina, são
submetidas a rotações (mudanças
conformacionais).
Reconhecimento molecular do
antiviral saquinavir pelo sítio ativo da
protease do HIV-1, via ligações de
hidrogênio
Análise conformacional
• As moléculas podem adotar diferentes formas devido à
rotação de grupos unidos por ligações simples
• Análise das variações de energia que ocorrem em uma
molécula que sofre rotações em torno de ligações simples
Fórmula de projeção de Newman Fórmula de cavalete
• Fórmulas de Newman e de cavalete
Análise conformacional
Fórmula de Newman
Ligações frontais são representadas por:
As ligações posteriores por:
Conformação: alternada x eclipsada
Análise conformacional
Conformação: alternada x eclipsada
A conformação alternada:
✓É mais estável que a eclipsada
✓ Menor repulsão entre os ligantes alternada eclipsada
Hiperconjugação:
Interação de um orbital vazio
com um orbital molecular
ligante contendo elétrons.
Conformação alternada: estabilização por efeito de hiperconjugação
Análise conformacional
Fórmula de cavalete
Alternada
Eclipsada
Análise conformacional do etano CH3-CH3
❖ Número infinito de conformações
❖ Energias diferentes para conformações não equivalentes
H
H
H
H
H
H
Conformação alternada: 
Cavalete
Newman
Conformação eclipsada: 
Cavalete
Análise conformacional do etano CH3-CH3
Conformação alternada versus Conformação eclipsada 
A diferença de energia entre as conformações é de 12kJ/mol e é 
chamada de Barreira torsional
Graus de rotaçao
Confôrmeros
eclipsados
Confôrmeros
alternados
Se for uma única molécula: a maior parte do tempo a molécula estará na 
conformação alternada
Muitas moléculas: a maioria estará na conformação alternada 
Efeito:
E
n
e
rg
ia
p
o
te
n
c
ia
l
Análise conformacional do butano
CH3CH2-CH2CH3
H
H
CH3
CH3
H
H
1
2
3
4
CH3
H H
CH3
HH
Análise conformacional do butano
Conformação I  não tem tensão torsional mais estável
Conformações III e V  grupos volumosos próximos – repulsão  3,8 
KJ/mol mais energética do que a I
Conformações II, IV e VI  tem tensão torsional e repulsão de Van der 
Waals devido a grupos metilas  IV é 19 kJ/mol mais energética que a I
Análise conformacional do butano
Não é possível, a temperatura ambiente, isolar as conformações dos butanos
Em cada caso a seguir, desenhe as conformações de mais alta e
mais baixa energia na fórmula de Newman e cavalete.
Compare as três conformações alternadas do etilenoglicol. A
conformação anti do etilenoglicol não é a conformação de menor
energia. As outras duas conformações alternadas têm realmente
menos energia do que a conformação anti. Sugira uma explicação.
Estabilidade relativas dos cicloalcanos: 
tensão de anel
• Os cicloalcanos possuem uma série homologa (≠ de apenas um CH2)
• Podemos comparar a estabilidade dos cicloalcanos considerado a energia 
liberada por grupo CH2
• Os cicloalcanos têm diferentes estabilidades relativas
• Para observar a estabilidade pode-se medir o calor de combustão
• Maior calor liberado  maior energia potencial  menos estável
Estabilidade relativas dos cicloalcanos: 
tensão de anel
Cicloalcano (CH2)n n Calor de 
combustão 
(kj/mol)
Calor de 
combustão 
por grupo 
CH2 (kj/mol)
Tensão 
no anel 
(kj/mol)
Ciclopropano 3 2091 697,0 115
Ciclobutano 4 2744 686,0 109
Ciclopetano 5 3320 664,0 27
Ciclohexano 6 3952 658,7 0
Cicloheptano 7 4637 662,4 27
Ciclooctano 8 5310 663,8 42
Ciclononano 9 5981 664,6 54
Ciclodecano 10 6636 663,6 50
Ciclopentadecano 15 9885 659,0 6
Alcano não ramificado - - 658,6 -
Origem da tensão de anel: tensão angular 
e tensão torsional
Carbonos hibridizados sp3  ângulo de ligação 109.5°.
Diferença de aproximadamente 49.5°.
Ligações C—C mais fracas  sobreposição de orbitais menos eficiente
 grande energia potencial
C
C C
H H
H
H H
H
60
o
C
C C
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
CH2
ciclopropano
• Tensão angular resulta do desvio dos ângulos de ligação do ângulo de ligação
ideal de 109.5°
Além disso: Átomos de hidrogênio eclipsados  tensão torsional
Anel ciclopropano é plano!
Origem da tensão de anel: tensão angular 
e tensão torsionalciclobutano
H H
HH
H
H
H
H
88
o
Estrutura não-planar: Ângulos internos de 88°  tensão angular 
considerável.
Diminuição da tensão torsional e pequeno aumento da tensão angular.
Carbonos hibridizados sp3  ângulo de ligação 109,5°.
Se fosse quadrado (plano): Diferença de aproximadamente 19,5°, porém, 
tensão torsional grande.
Origem da tensão de anel: tensão angular 
e tensão torsional
ciclopentano H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Conformação de envelope alivia a tensão torsional
Pequena tensão torsional e angular
Se fosse plano, tensão angular pequena (Ângulos internos de 108°), 
mas tensão torsional grande, os 10 átomos de H seriam eclipsados
Origem da tensão de anel: tensão angular 
e tensão torsional
cicloexano
Conformação mais estável – cadeira
Os ângulos de ligação C—C são todos de 109.5°  livre de tensão
angular
Todos os átomos de hidrogênio estão alternados entre si  livre de
tensão torsional
Se fosse plano: diferença de aproximadamente -10,5°
Tensão torsional grande (todos os H estariam eclipsados). 
Origem da tensão de anel: tensão angular 
e tensão torsional
A conformação em cadeira do cicloexano não apresenta nenhum
tipo de tensão: conformação predominate
O anel de seis membros é o mais comum entre as moléculas
orgânicas encontradas na natureza
Conformação bote:
Livre de tensão angular
Possui tensão torsional
Os átomos nos vértices (C1 e C4) estão próximos – repulsão de Van der
Waals chamada de interação de mastro
H
H
H
H
CH2
CH2
1
2 35
6
4
H H
H H
H
H H
H
Pela rotação parcial da ligação C-C temos
a conformação em bote
Conformação em bote é mais energética do que a conformação
tipo cadeira
Conformação em cadeira
 Existem 2 tipos de hidrogênios:
✓ Equatoriais: no plano médio definido pelos átomos de C 
(bolinhas azuis)
✓ Axiais: Perpendiculares ao plano médio do anel (triângulos 
vermelhos)
✓ Existem 3 H axiais em cada face do anel e sua orientação 
(para cima para baixo) se alternam.
Desenhando o cicloexano
Etapa 1: Represente duas linhas paralelas inclinadas para baixo e 
um pouco deslocadas uma das outras. 
Isso significa que quatro dos carbonos do cicloexano posicionam-se
em um plano
Etapa 2: Coloque um átomo de carbono acima e à direita do plano 
dos outros quatro e faça as ligações. 
Etapa 3: Coloque um átomo de carbono abaixo e à esquerda do 
plano dos outros quatro e faça as ligações. 
Observe que as ligações do átomo de 
carbono inferior são paralelas às ligações 
do átomo superior de carbono
Representando as ligações no cicloexano
Ligantes na axial:
Escolha um dos vértice e posicione uma ligação axial para a mesma
direção e vá alternando “para cima e para baixo”
Ligantes na equatorial:
Escolha um dos vértice e posicione uma ligação equatorial para o
lado oposto ao da ligação axial. Ela será sempre paralela a duas
ligações do anel.
Interconversão de anel no cicloexano
O Carbono 4, com o vértice para baixo, passa a ter o vértice para 
cima na outra conformação
Os hidrogênios que estavam na posição axial passam para a posição 
equatorial (e vice-versa)
Interconversão de anel no cicloexano
Conformações dos cicloexanos monossubstituídos
Erro comum:
Faltou alterar a conformação do anel,
a conformação (1) foi repetida!
Tensão estérica de interação 1,3-diaxial
no metilcicloexano
(1)
(axial)
(equitorial)
(less stable)
(2)
(more stable by 7.5 kJ mol

)
H
H
H
H
H
H
CH3
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
CH3
(a)
H
H
H
H
H
H
CH3
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
CH3
1
3
5
(b)
❖ Interações 1,3-diaxial – átomos de hidrogênio do grupo metila e
átomos de hidrogênio em axial (ligados a C3 ou a C5)
❖Impossível separar as conformações na temperatura ambiente
❖Metilcicloexano com um grupo metila em equatorial predomina (~95%).
Menos estável Mais estável por 7,5 kJ/mol
Tensão estérica de interação 1,3-diaxial
no metilcicloexano
terc-butilcicloexano
❖ Quando o grupo terc-butila está em equatorial a conformação é 21 kJ
mol–1 mais estável que em axial
❖ À temperatura ambiente 99,99% das moléculas possuem o grupo terc-
butila na posição equatorial devido à grande diferença de energia
Cicloalcanos isomeria cis/trans
 A presença de dois substituintes no anel leva à possibilidade de 
isomeria cis/trans (estereoisômeros)
 1,2-dimetilciclopropano
 Isômeros cis e trans não podem ser interconvertidos sem quebrar 
as ligações carbono-carbono
 Propriedades físicas diferentes  configuração específica
CONFIGURAÇÃO versus CONFORMAÇÃO
Configuração: Arranjo específico dos átomos (ou grupo) no espaço que 
é característico de um dado estereoisômero
Conformação: Orientação temporária específica de uma molécula 
obtida pelas rotações (ou oscilações) sobre suas ligações.
Cis Trans
Cicloexano isomeria cis/trans
trans-1,2-Dimetilcicloexano cis-1,2-Dimetilcicloexano 
trans-1,3-Dimetilcicloexano cis-1,3-Dimetilcicloexano 
trans-1,4-Dimetilcicloexano cis-1,4-Dimetilcicloexano 
Exercício
Considere cada uma das seguintes estruturas e diga se é cis ou
trans 1,2-diclorocicloexano ou 1,3-diclorocicloexano
Isomeria cis/trans e estruturas 
conformacionais
H
CH3
H
CH3 cis-1,4-dimethylcyclohexane
H
H3C
CH3
H
ring-flip
Os confôrmeros cadeira do trans-1,4-dimetilcicloexano
a, e
e, a
e, e a,a
Qual a ordem de estabilidade das conformações?
Qual conformação é mais estável?
Os confôrmeros cadeira do cis-1,4-dimetilcicloexano
Os confôrmeros cadeira do trans-1,3-dimetilcicloexano
Os confôrmeros cadeira do cis-1,3-dimetilcicloexano
Exercício: Desenhar os confôrmeros para o cis e trans-1,2-
dimetilcicloexano.
(a)
(a)
(e)
trans-1,3-Dimetilcicloexano
H3C
H CH3
H
H
CH3
H
CH3 (e)
cis-1,3-Dimetilcicloexano
Desenhe as duas conformações das moléculas abaixo e indique 
qual é a mais estável.
A conformação mais estável do 5-hidroxi-1,3-dioxano tem o
grupo OH em uma posição axial em vez de uma posição
equatorial. Forneça uma explicação para essa observação
Exercícios
2) Escreva as estruturas para os isômeros cis e trans do 1,2-
diclorociclopropano
3) Escreva a estrutura conformacional para o 1-bromo-3-cloro-5-
fluorcicloexano na qual todos os substituintes estão na equatorial. Depois
escreva essa estrutura após interconversão do anel. Qual das
conformações é a mais estável
4) a- Escreva as duas conformacões para o cis-1-terc-butil-2-
metilcicloexano. b- Qual das conformações tem a menor energia potencial
1) Empregando a fórmula de Newman escreva diferentes estruturas
conformacionais para o 1-cloropropano considerando rotações sobre a
ligação C1-C2. Discuta a diferença de energia potencial entre as
conformações.