Propriedades e Nomenclatura dos Alcanos e Cicloalcanos

Apresentação em tema: "Propriedades e Nomenclatura dos Alcanos e Cicloalcanos"— Transcrição da apresentação:

1 Propriedades e Nomenclatura dos Alcanos e Cicloalcanos
Ministrante: Prof. Sidney Lima UFPI - Teresina

2 Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

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4 Propriedade Físicas dos Alcanos e Cicloalcanos
Ponto de Ebulição de Alcanos Lineares e Ramificados: C6H14: hexano (68.7 °C); 2-metilpentane (60.3 °C); 3-metilpentano (63.3 °C); 2,3-dimetilbutano (58 °C); 2,2-dimetilbutano (49.7 °C). Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

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6 Propriedade Físicas dos Alcanos e Cicloalcanos
pares Alcanos Lineares impares Ponto de Fusão de Alcanos Lineares ethane (–183 °C); propane (–188 °C); butane (–138 °C). Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

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8 Densidade Solubilidade
Alcanos são os menos densos de todos os grupos de compostos orgânicos (0,6-0,8 g/mL). Todos possuem densidade menor do que a da água (1,00 g/ml). Solubilidade Alcanos são moléculas apolares. Insolúveis em água Solúveis em solventes de baixa polaridade. Exemplos: benzeno, tetracloreto de carbono, clorofórmio, etc. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

9 Nomenclatura dos Alcanos
Identifique a cadeia de átomos de carbono mais longa e contínua. Numere os átomos da cadeia principal pela extremidade mais próxima da ramificação. Identifique e numere os substituintes. Se dois ou mais estiverem presentes, cite-os em ordem alfabética. Escreva o nome do composto como uma única palavra: use hífens para separar os diferentes prefixos e vírgulas para os números. Nomeie um substituinte complexo como se ele fosse um composto. 2,3,5-trimetil-hexano 3-etil-3-metil-hexano

10 2-Cloro-3-metilpentano
Prefixos de cadeia carbônica (radicais alquila) mais comuns: Prefixo - Cadeia Principal - sufixo n 1 Metano 14 Tetradecano 2 Etano ... .... 3 Propano 20 Icosano 4 Butano 21 Henicosano 5 Pentano 22 Docosano 6 Hexano 23 Tricosano 7 Heptano 24 Tetricosano 8 Octano 9 Nonano 30 Triacontano 10 Decano 40 Tetracontano 11 Undecano 50 Pentacontano 12 Dodecano 60 Hexacontano 13 Tridecano 70 Heptacontano Propano CH3CH2CH3 2-Cloro-3-metilpentano

11 Substituintes Importantes:
isopropila isobutila sec-butila terc-butila Isopentila (isoamil) neopentila terc-pentila (amila) iso-hexila Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

12 7-(1,2-Dimetilpentil)-5-etiltridecano
6-(1-metilbutil)-8-(2-metilbutil)tridecano Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

13 Os prefixos numéricos bis-, tris-, tetraquis-, etc derivam da adição de quis- ao prefixo numérico simples e são usados para expressar uma multiplicidade de prefixos designando substituintes substituídos. 7,7-Bis(2,4-dimetil-hexil)-3-etil-5,9,11-trimetiltridecano

14 Nomenclatura dos Ciclo-Alcanos
Quando o número de átomos de carbono do anel for igual ou maior que o número de átomos de carbono do substituinte, o composto é nomeado como um cicloalcano alquil-substituído. 1,3-diciclo-hexilpropano Isopropilciclo-hexano 1-metil-3-etilciclo-hexano 1-ciclobutilpentano Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

15 Isopropilciclo-hexane Clorociclopentane 2-Metilciclo-hexanol
4-Cloro-2-etil-1-metilciclo-hexane 1-Etil-3-metilciclo-hexane Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

16 Nomenclatura dos Ciclo-Alcanos
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17 Nomenclatura dos Ciclo-Alcanos
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18 Metabolismo:

19 Dewick, P. M. (1997). “Medicinal Natural Products, A Biosinthetic Approach.” John Wiley  Sons, New Iork, USA.

20 Metabólito Primário: É o conjunto de processos metabólicos que desempenham uma função essencial no vegetal, tais como a fotossíntese, respiração e o transporte de solutos. Os compostos envolvidos no metababolismo primário possuem uma distribuição universal nas plantas. Ex. AA, Nucleotídeos, lipideos, carboidratos e clorofilas. Metabólito Secundário: Originam compostos que não possuem uma distribuição universal, pois não são necessários para todas as plantas. Podem ser utilizados no estudo taxonômico (quimiossistemático).

21 Nomenclatura de Bicicloalcanos: Compostos contendo dois anéis fundidos (Cabeça de Ponte).
Biciclo[2.2.1]heptano = a molécula tem 7 carbonos, é bicíclica e possui 3 pontes com 2, 2 e 1 carbono, ligados a dois carbonos ponte. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

22 Nomenclatura de Bicicloalcanos: Compostos contendo dois anéis fundidos (Cabeça de Ponte).
Biciclo[2.2.1]heptano (norbornano) Biciclo[1.1.0]butano Identifique o carbono que pertence simultaneamente aos dois anéis (cabeças de ponte). O carbono 1 é o carbono de cabeça de ponte mais próximo do grupo funcional e a numeração segue as regras da IUPAC. A enumeração é do ciclo maior para o menor. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

23 8-Metilbiciclo[3.2.1]octano
Nomenclatura de Bicicloalcanos: Compostos contendo dois anéis fundidos (Cabeça de Ponte). 8-Metilbiciclo[4.3.0]nonano 8-Metilbiciclo[3.2.1]octano Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

24 Isomeria Cis- Trans em Cicloalcanos
cis-1,2-Dimetilciclopentane (99,5 oC) trans-1,2-Dimetilciclopentane (91,9 oC) Substituintes Isomero PF (°C) PE (°C)a 1,2-Dimetil- cis –50.1 trans –89.4 1,3-Dimetil- –75.6 –90.1 1,2-Dicloro- –6 93.522 –7 74.716

25 trans-1,3-Dimethylcyclohexane
Isomeros Constitucionais: as ligações entre os átomos são diferentes CH3 - CH2 - CH2 - CH3 Estereoisômeros: mesma ligação, mas geometria diferentes cis-1,3-Dimethylcyclohexane trans-1,3-Dimethylcyclohexane Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

26 Estereoquímica dos Alcanos e Cicloalcanos
Análise Conformacional: Análise da mudança de energia que uma molécula sofre quando grupos giram em torno da ligação simples. Eclipsada Alternada (Gauche) Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

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28 Análise Conformacional do Etano:
4 kJ mol-1 Eclipsada: 1% Só podem ser isolados a temperatura Extremamente baixas Estrela (oposta) Estrela Tensão angular: expansão ou compressão dos ângulos Tensão torsional: interação de ligações sobre átomos vizinhos Tensão estérica: interações repulsivas. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

29 Análise Conformacional do Butano:
6 kJ mol-1 11 kJ mol-1 4 kJ mol-1 Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

30 Estabilidade de Cicloalcanos: A Teoria de Tensão de Adolf von Baeyer (Munique).
Idéia de Estruturas planares Ângulo distantes de 109 oC = molécula com tensão angular = tendência ao rompimento do anel Problema Os ângulos de ligação em um polígono regular com n lados são iguais a 180o – 360o / n. Qual é o ângulo de ligação em octógono e em um nonágono regular? Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

31 Estabilidade de Cicloalcanos: A Teoria de Tensão de Adolf von Baeyer ( Univ. Munique).
Substâncias cíclicas se torcem e se curvam a fim de obter uma estrutura que minimize os três tipos diferentes de tensão: 1. Tensão angular: expansão ou compressão dos ângulos Tensão torsional: interação de ligações sobre átomos vizinhos Tensão estérica: interações repulsivas. Tensão total = 115 kJ/mol Tensão = 110,4 kJ/mol Tensão = 26 kJ/mol Tensão angular Tensão torsão Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

32 Ciclopropano: uma visão dos orbitais.
É um gás incolor (PE = -33º), foi preparado pela reação de Na Com 1,3-dibromopropano. O ângulo interno do ciclopropano é 60° abaixo do valor ideal por 49.5°. Hidrogênios eclipsados: tensão de torsão, além de tensão angular e impedimento estérico Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

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35 Conformação do Ciclobutano: Apresenta ângulo interno de 88°
Conformação do Ciclobutano: Apresenta ângulo interno de 88°. As ligações C-H não estão completamente eclipsadas. O anel é levemente angular, um átamo de carbono está a 25o acima do plano de outros três. Essa curvatura aumenta a tensão angular, mas diminui a tensão de torsão. Tem menor tensão angular que o ciclopropano, mas possui maior tensão de torsão por causa do maior número de hidrogênios. Ver Newman p.111

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37 Conformação do Ciclopentano: foi previsto por Baeyer para ser livre de tensão, mas os dados de combusão indicam uma energia total de tensão de 26 kJ.mol-1. Torce para adotar um conformação não planar contraída que alcança o equilíbrio entre o aumento da tensão angular e o decréscimo da tensão de torção. A maioria dos hidrogênio estão na conformação estrela. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

38 Exercício 4.1. Faça um gráfico de energia potencial versus rotação do ângulo de ligação para o propano e atribua valores para o máximo de energia: Exercício 4.2. Represente as projeções de Newman das conformações mais estáveis e menos estáveis do bromoetano: Exercício 4.4. Observe a ligação C-2 e C-3 de 2,3-dimetilbutano e represente uma projeção Newman de conformação mais estável Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

39 Ciclohexano Todos os ângulos de ligação C-C-C são de 109o
Todas as ligações C-H são perfeitamente alternada (conformação estrela). Não possui tensão de torsão na conformação cadeira.

40 Cicloexanos Substituídos: Axial e Equatorial
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41 Desenhando o Ciclohexano
A ligação C-C e C-H equatorial são desenhadas de forma paralela, em um plano aproximado do anel. Os hidrogênios axiais estão paralelo ao eixo do anel. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

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43 A tensão causada pela interação 1,3-diaxial no metilciclohexano é similar àquela causada pela proximidade dos átomos de hidrogênios dos grupos metila na forma gauche do butano.

44 Conformação Cadeira X Barco
Meia cadeira Meia cadeira Energia de torsão Barco torcido

45 Conformação Cadeira X Barco
Como a conformação cadeira é mais estável do que as outras, mais de 99% das moléculas estão em um dado instante na conformação cadeira. Ciclo-hexano barco: 29 kJ mol-1 de tensão Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

46 Conformação Cadeira X Barco
Não tem tensão angular, mas tem tensão torsional (hidrogênios eclipsados e efeito estérico). Tem energia mais elevada do que a conformação cadeira. Há Repulsão estérica entre os átomos de hidrogênios C1 e C4. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

47 Conformação Cadeira e Bote
Conformação cadeira (111,5o) Conformação barco (Bote) Também é livre de tensão angular. Como na forma cadeira, também possui tensão de torsão (hidrogênios eclipsados) e impedimento estérico (átomos de hidrogênios internos).

48 Interações do Anel: 1,3-diaxiais
Impedimento Estérico A conformação com o grupo metila em equatorial é cerca de 1,7 Kcal/mol mais estável do que aquela com a metila em axial. Na temperatura ambiente, 95% das moléculas do metilcicloexano estão na conformação com a metila em equatorial. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

49 Interações do Anel: 1,3-diaxiais
Interaction Cause Energy cost (kcal/mol) (kJ/mol) H–H eclipsed Torsional strain 1.0 4 H–CH3 eclipsed Mostly torsional strain 1.4 6 CH3–CH3 eclipsed Torsional plus steric strain 2.5 11 CH3–CH3 gauche Steric strain 0.9 4

50 Exercício 5. Desenhe as estruturas dos seguintes composotos:
cis-1,4 dimetilciclohexano trans-1,4 dimetilciclohexano cis-1,3 dimetilciclohexano trans-1,3 dimetilciclohexano cis-1-tert-butyl-3-metilciclohexano

51 Conformações de Ciclo-hexano Substituídos:
Deferença de Energia Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

52 Conformações de Ciclo-hexano Substituídos: Deferença de Energia
Butano (3.8 kJ mol–1 de IE meticiclo-hexano Equatorial metilciclo-hexano axial (2 interações gauche = 7.6 kJ mol–1 IE) Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

53 Conformações de Ciclo-hexano Substituídos:
Deferença de Energia Interações diaxiais com o grupo terc-butil volumoso em axial desloca o equilíbrio para direita, com 99.99% na posição equatorial. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

54 Alcanos Bicíclicos e Policíclicos
Cis e trans decalina: dois anéis de ciclo-hexano unidos para compartilhar dois átomos de carbono (os carbonos ponte, C1 e C6) e uma ligação em comum. Decalina (bicyclo[4.4.0]decane) (átomos de carbono 1 e 6 são átomos de carbono cabeça de ponte) Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

55 Alcanos Bicíclicos e Policíclicos
bicyclo[4.4.0]decane cis-Decalina trans-Decalin PE da cis-Decalina é 195°C (at 760 torr) PE da trans-decalina é 185.5°C (at 760 torr). Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

56 Alcanos Policíclicos Adamantano: um sistema tricíclico de anéis de ciclo-hexano, todos na conformação cadeira. Adamantao Diamante Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

57 Síntese de Hidrocarbonetos Tensionados
Bicyclo[1,1,0]butane Cubano Prismano O cubano octasubstituído foi recentemente sintetizado por Philip Eaton et al. (ver JACS, 1963, 85, 2529; JACS, 1964, 86, 3157). É altamente explosivo. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006

58 Referências Bibliográficas
Vollardt, K. P. C.; Schore, N. E. (1999). “Organic Chemistry.” Structure and Function. Ed. Freeman and Company. USA. Costa, P.; Pilli, R.; Pinheiro, S.; Vasconcellos, M. (2003). “Substâncias Carboniladas e Derivados.” Artmed Editora S.A. Porto Alegre – RG, Brasil. McMurray, J. (2005). “Organic Chemistry.” 6 o edição. Brooks/Cole, USA. Solomons, G.; Fryhle, C. (2000). “Organic chemistry.” John Wiley  Sons. USA. Prof. Sidney Lima – UFPI 2006