O documento descreve os conceitos de análise conformacional de compostos orgânicos cíclicos e acíclicos. Apresenta os principais tópicos da análise conformacional de alcanos e cicloalcanos simples como etano, propano, butano e cicloexano. Discorre sobre como a estabilidade das conformações é determinada pelas tensões estéricas e angulares nestes compostos.
1. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
COMPOSTOS ORGÂNICOS:
ALCANOS E CICLOALCANOS
ANÁLISE CONFORMACIONAL
www.iq.ufrgs.br/biolab
1
2. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ÍNDICE
ANÁLISE CONFORMACIONAL
- Alcanos símples
- Estrutura dos cicloalcanos – Tensão angular
- Análise conformacional do cicloexano
- Compostos do cicloexano substituido:
hidrogênios axiais e equatoriais
www.iq.ufrgs.br/biolab
2
3. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL
-Estruturas resultantes de uma símples
rotação em torno de uma ligação símples C-C.
-Podem apresentar diferentes energias. A
estrutura (conformação) de menor energia é a
mais estável.
- Moléculas estão constantemente girando e
passando através de diferentes confôrmeros.
www.iq.ufrgs.br/biolab
3
4. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL
INFLUÊNCIA NA ESTABILIDADE: FATOR ESTÉRICO
(PROXIMIDADE DE GRUPOS).
QUANTO MAIOR A DISTÂNCIA ENTRE GRUPAMENTOS
VOLUMOSOS, MENOR O IMPEDIMENTO E A INTERAÇÃO
ESTÉRICA E MAIOR É A ESTABILIDADE.
www.iq.ufrgs.br/biolab
4
5. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROJEÇÃO DE NEWMAN
H
H
H
H
H
Projeção de Newman
H
www.iq.ufrgs.br/biolab
5
6. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL: CONFÔRMEROS
- PARA A FORMAÇÃO DOS CONFÔRMEROS DEIXA-SE FIXO UM
DOS CARBONOS E GIRA-SE O OUTRO EM ÂNGULOS DE 60 em 60º.
B
B
60o
60o
60o
60o
B
A
A
60o B
B
A
A B
A
A
eclipsada
60o
CONFÔRMEROS
www.iq.ufrgs.br/biolab
6
7. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL: ETANO
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
www.iq.ufrgs.br/biolab
7
8. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL: ETANO
-ECLIPSADAS: 0o entre os substituintes próximos: maior energia (menos estável).
-ALTERNADAS: 60º entre os substituintes próximos: menor energia (mais estável).
ALTERNADAS
ECLIPSADAS
www.iq.ufrgs.br/biolab
8
9. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL ETANO: ENERGIA
• Tensão torsional: resistência a rotação
(proximidade de grupos).
• Para etano, apenas 3.0 kcal/mol
www.iq.ufrgs.br/biolab
9
10. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROPANO
H
H
H
H
H
CH3
www.iq.ufrgs.br/biolab
10
11. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROPANO
H
60o
60o
60o
H
H
60o
60o
H
H
H
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
60o
CONFÔRMEROS
www.iq.ufrgs.br/biolab
11
12. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL PROPANO: ENERGIA
Aumento na tensão torsional devido ao grupo mais
Impedido metila (comparado com etano).
www.iq.ufrgs.br/biolab
12
13. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL: BUTANO
CH3
H
H
H
H
CH3
www.iq.ufrgs.br/biolab
13
14. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (1)
• Maior energia tem os grupos metilas eclipsados.
• Alta tensão estérica
• Ângulo entre as metilas = 0o
Totalmente eclipsada
www.iq.ufrgs.br/biolab
14
15. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (2)
• Menor energia entre as metilas anti (mais
afastadas).
• Menor tensão estérica
• Ângulo entre as metilas = 180O
anti
www.iq.ufrgs.br/biolab
15
16. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (3)
• Grupos metilas eclipsados com Hidrogênio
• Maior energia (tensão estérica) que a anti
• Ângulo entre as metilas = 120o
eclipsada
www.iq.ufrgs.br/biolab
16
17. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (4)
• Conformação Gauche é uma conformação
alternada não anti
• Metilas mais próximas que na conformação anti
• Ângulo entre as metilas = 60o
gauche
www.iq.ufrgs.br/biolab
17
18. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL PROPANO: ENERGIA
www.iq.ufrgs.br/biolab
18
19. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
Exercício
• Desenhe projeção de Newman para a conformação mais
e menos estável do butano.
www.iq.ufrgs.br/biolab
19
20. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL: CICLOALCANOS
www.iq.ufrgs.br/biolab
20
21. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
ESTABILIDADE
• Tensão angular: Em determinados anéis o ângulo
de ligação tem tendência a apresentar valor menor
do ângulo ideal para a hibridização sp3 (109.5o).
Esta diferença corresponde a tensão angular.
• Medida pela calor de combustão.
• Analisa-se as demais tensões de alcanos acíclicos.
www.iq.ufrgs.br/biolab
21
22. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
Calor de combustão
Alcano + O2 CO2 + H2O
166.6 164.0
157.4
158.7
158.3 158.6
157.4
Long-chain
www.iq.ufrgs.br/biolab
22
23. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOPROPANO
• Alta tensão angular devido ao ângulo de ligação (60o)
• Muito reativo, ligação fraca
• A sobreposição de orbitais não é efetiva
www.iq.ufrgs.br/biolab
23
24. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOPROPANO
Tensão torsional devido a proximidade dos hidrogênios
www.iq.ufrgs.br/biolab
24
25. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOBUTANO
• Tensão angular (90o)
• Tensão torsional aliviada devido a distorção do
anel.
www.iq.ufrgs.br/biolab
25
26. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM
CICLOALCANOS: CICLOPENTANO
• Estrutura distorcida (não-planar) – 108o
• Distorção diminui a tensão angular e a tensão torsional.
=>
www.iq.ufrgs.br/biolab
26
27. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO
• Dados de combustão indica que o sistema
não é tensionado
• Na conformação cadeira, todos os
ângulos são de 109,5o e os H estão
alternados.
• Não há tensão angular e nem tensão
torsional.
www.iq.ufrgs.br/biolab
27
28. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – CONFORMAÇÃO CADEIRA
=>
www.iq.ufrgs.br/biolab
28
29. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – CONFORMAÇÃO BOTE (Barco)
=>
www.iq.ufrgs.br/biolab
29
30. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – ENERGIAS
www.iq.ufrgs.br/biolab
30
=>
31. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – ENERGIAS
www.iq.ufrgs.br/biolab
31
32. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
Desenhando as conformações para o
cicloexano
www.iq.ufrgs.br/biolab
32
33. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
Colocando os Hs axiais
Colocando Hs equatoriais
Erros comuns
www.iq.ufrgs.br/biolab
MeW
33
34. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – H Axiais e Equatoriais
=>
www.iq.ufrgs.br/biolab
34
35. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – MONOSUBSTITUÍDO
=>
www.iq.ufrgs.br/biolab
35
36. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – MONOSUBSTITUÍDO
Posição equatorial com menor tensão estérica:
mais estável para substituintes volumosos.
Interação
estérica
1,3 diaxial
é grande
www.iq.ufrgs.br/biolab
36
37. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
Quanto maior o volume estérico do substituinte, maior será a
preferência pela posição equatorial
www.iq.ufrgs.br/biolab
37
38. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO
DISUBSTITUÍDO
A
E
2
E
1
E
3
A
2
A
1
A
1,3
1,2
Exercício 1:
Qual a reação cis/trans
entre os hidrogênios
equatoriais nos
cicloexanos 1,2; 1,3 e
1,4? Fazer o mesmo
para o axiais!
E
A
E
E
A
1,4
www.iq.ufrgs.br/biolab
Exercício 2:
Qual a reação cis/trans
entre os hidrogênios
equatoriais-axiais nos
cicloexanos 1,2; 1,3 e
1,4? Fazer o mesmo
para o axiais!
38
39. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM
CICLOEXANO 1,2-DISUBSTITUÍDO
A
E
E
A
SUBSTITUINTES VOLUMOSOS OCUPANDO POSIÇÃO
EQUATORIAL (MENOR TENSÃO ESTÉRICA) MAIS ESTÁVEL.
www.iq.ufrgs.br/biolab
39
40. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,2DISUBSTITUÍDO (IGUAIS)
1,2 - TRANS
H
CH3
180o
CH3
CH3
H
H
H
CH3
1,2 - CIS
CH3
CH3
180o
H
CH3
CH3
H
H
H
www.iq.ufrgs.br/biolab
40
41. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,2DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES)
1,2 - TRANS
H
180o
H
H
H
1,2 - CIS
180o
H
H
H
H
www.iq.ufrgs.br/biolab
41
42. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,3DISUBSTITUÍDO
E
E
A
A
www.iq.ufrgs.br/biolab
42
43. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,3DISUBSTITUÍDO (IGUAIS)
1,3 - TRANS
H
180o
H
H
H
1,3 - CIS
180o
H
H
H
H
www.iq.ufrgs.br/biolab
43
44. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,3DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES)
1,3 - TRANS
H
180o
H
H
H
1,3 - CIS
180o
H
H
H
H
www.iq.ufrgs.br/biolab
44
45. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,4-DISUBSTITUÍDO
A
E
E
A
1,4
www.iq.ufrgs.br/biolab
45
46. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOHEXANO 1,4DISUBSTITUÍDO (IGUAIS)
www.iq.ufrgs.br/biolab
46
47. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOHEXANO 1,4DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES)
1,4 - TRANS
H
180o
H
H
H
1,4 - CIS
180o
H
H
H
H
www.iq.ufrgs.br/biolab
47
48. Química Orgânica Teórica 1 – QUI 02014
Prof. Gustavo Pozza Silveira
Exercício:
Escrever a estrutura da conformação mais
estável e menos estável do estereoisômero do
1-tert-butil-3-metilcicloexano!
www.iq.ufrgs.br/biolab
48