Estrutura e Estereoquímica dos Alcanos

Tópicos a recordar Fórmulas dos alcanos Nomes comuns: n-pentano, isopentano e neopentano Nomes IUPAC Propriedades físicas: Solubilidade: hidrofóbico Densidade: menos que 1g/mL Ponto de ebulição aumenta com o número de carbonos (menos no caso de cadeias ramificadas) Ponto de fusão aumenta aumento do número de carbonos (menos para número de carbonos impar)

Alcanos do ponto de ebulição Alcanos ramificados têm menos superfície de contacto, o que enfraquece as forças intermoleculares

Pontos de fusão dos alcanos Alcanos ramificados formam estruturas cristalinas mais eficientes, portanto têm p.f. mais elevados

Alcanos ramificados Aumento da ramificação baixa o ponto de ebulição Aumento da ramificação aumenta o ponto de fusão H C 3 2 bp 60°C mp -154°C bp 58°C mp -135°C bp 50°C mp -98°C

Reacções dos alcanos Reacções dos alcanos Cracking e hidrocracking (industrial) Halogenação

Conformações dos Alcanos Estruturas que resultam da rotação livre da ligação C-C; Podem diferir em energia. O conformero de mais baixa energia é o que prevalece mais tempo. As moléculas rodam através das possíveis conformações.

Conformações do etano Conformação em estrela é a de mais baixa energia O ângulo dihedral é de 60º model H Newman projection sawhorse

Conformações do etano (2) Conformação eclipse tem a energia mais elevada Ângulo dihedral é de 0º

Análise Conformacional Ângulo de torsão: resistente à rotação Para o etano são 3,0 kcal/mol

Conformações do propano Aumento ligeiro da tensão torsional devido á presença do grupo metil que é mais volumoso

Conformações do butano (C2-C3) Os grupos metil em eclipse são de energia mais elevada Impedimento estereo Ângulo dihedral 0º totally eclipsed

Conformações do butano (C2-C3) Quando os grupos metil estão na posição anti é o conformero de mais baixa energia Ângulo dihedral 180º anti

Conformações do butano (3) Grupos metil eclipsados com o hidrogénio Conformação com nível de energia mais alta do que em estrela Ângulo dihedral 120º eclipsed

Conformações do butano (4) Conformação em estrela à direita Grupos metil mais próximos que a conformação anti Ângulo dihedral 60º gauche

Analise Conformacional

Alcanos de cadeia hidrocarbonada maior Conformações anti são as de mais baixa energia A cadeia hidrocarbonada é em zigzag

Cicloalcanos Aneis de átomos de carbono (grupos CH2) Formula CnH2n Não polar, insolúvel em água Forma compacta Ponto de ebulição e fusão semelhante aos alcanos ramificados com o mesmo número de carbonos

Isomerismo cis-trans Cis: grupos semelhantes estão no mesmo lado do anel Trans: grupos semelhantes estão no lado oposto

Estabilidade dos cicloalcanos Heats of Combustion Alkane + O2  CO2 + H2O Anéis com 5 a 6 membros são mais estáveis Ângulos de ligação próximo de 109,5º Ângulo de torção Calor de combustão por -CH2- Long-chain 157.4 166.6 164.0 158.7 158.6 158.3

Ciclopropano Elevada tensão de anel devido à compressão do ângulo; Muito reactivo, ligações fracas

Ciclopropano (2) Tensão torsional devido aos hidrogénios eclipsados

Ciclobutano Ângulo de tensão devido à compressão Tensão torsional parcialmente aliviado devido ao anel fazer uma “prega”

Ciclopentano Se fosse planar os ângulos seriam de 108º, mas todos os hidrogénios serão eclipsados. A conformação “pragueada” reduz o ângulo torsional

Ciclohexano Ângulos seriam de 120º se fosse planar; A conformação em cadeira tem ângulos de ligação de 109,5º e todos os hidrogénios estão em estrela; Não existe tensão angular nem tensão torsional

Conformação em cadeira

Conformação em barco

Energia Conformacional

Posições axial e equatorial

Ciclohexanos monosubstituidos

Interacções 1,3 diaxial

Ciclohexanos disubstituidos

Isomeros cis-trans Ligações que são cis, alternam axial-equatorial em volta do anel

Grupos volumosos Grupos como o t-butil causam uma grande diferença de energia entre a conformação axial e equatorial Conformação mais estável põe t-butil equatorial sem importância em termos de energia

Alcanos biciclicos Anéis fundidos partilham os carbonos adjacentes As pontes dos anéis ligam 2 átomos de carbono adjacentes bicyclo[2.2.1]heptane bicyclo[3.1.0]hexane

Cis e Trans Decalina Ciclohexano fundidos formam conformações Na estrutura onde os H’s da ponte são cis é mais flexível; Na estrutura onde os H’s da ponte são trans é mais flexível; trans-decalin cis-decalin