Upload
others
View
10
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
30/03/2017
1
1LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
1
COMPOSTOS ORGÂNICOS: ALCANOS E CICLOALCANOS
Prof. Antonio Luiz Braga
2LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
2
ÍNDICE
NOMENCLATURA
ANÁLISE CONFORMACIONAL
- Alcanos símples
- Estrutura dos cicloalcanos – Tensão angular
- Análise conformacional do cicloexano
- Compostos cicloexânicos substituido:
hidrogênios axiais e equatoriais
ALCANOS e CICLOALCANOS
30/03/2017
2
3LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
3
• Todas as ligações C-C são saturadas (símples)
• Fórmula geral: CnH2n+2
• Alcanos podem apresentar ramificação
CH
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
HH
Butane, C4H10
CH
H
C CH
HH
C H
H
H
HH
Isobutane, C4H10
NOMENCLATURA E GRUPO FUNCIONAL:
ALCANOS
4LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
4
• Ache a cadeia com o maior número de átomos de carbono.
• Se houver duas possibilidades de cadeia principal com o mesmo número de átomos de carbono, escolha a que conter o maior número de ramificações.
C
CH3
CH2
CH3
CH CH2 CH2 CH3
CH CH2 CH3
H3C
H3C
NOMENCLATURA ALCANOS: CADEIA
PRINCIPAL
30/03/2017
3
5LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
5
• Comece a numeração o mais próximo da primeira
ramificação.
• Se os dois primeiros substituintes estão
equidistantes, procure pela próxima ramificação.
1
2
3 4 5
6 7
CHH3C
CH3
CH
CH2CH3
CH2 CH2 CH
CH3
CH3
NOMENCLATURA ALCANOS:
NUMERAÇÃO
6LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
6
• Coloque de ordem alfabética os substituintes.
• Não considere os indicadores de quantidade (di,
tri, etc).
NOMENCLATURA ALCANOS: NOME
IUPAC
CHH3C
CH3
CH
CH2CH3
CH2 CH2 CH
CH3
CH3
3-etil
2,6-dimetil
1 2
3 4 5
6 7
3-etil, 2,6-dimetil
30/03/2017
4
7LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
7
• Escreva o prefixo do no de átomos de carbono da
cadeia principal + terminação ano.
NOMENCLATURA ALCANOS: NOME
IUPAC
CHH3C
CH3
CH
CH2CH3
CH2 CH2 CH
CH3
CH3
3-etil
2,6-dimetil
1 2
3 4 5
6 7
3-etil, 2,6-dimetil, heptano
8LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
8
• Verifica-se o número de carbonos que formam o
ciclo (este dará o nome do composto)
Ciclopentano Ciclo-hexano ou
Cicloexano
NOMENCLATURA ALCANOS:
CICLOALCANOS
30/03/2017
5
9LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
9
• Numera-se os substituintes de modo a obterem a
menor numeração possível e por prioridade
alfabética
NOMENCLATURA ALCANOS: CICLOALCANOS
1
3
2
2
3
4
5
10LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
10
• Nomeia-se os substituintes em ordem alfabética
usando numeração
• Escreva ciclo + prefixo no átomos de C da cadeia
principal + ano.
1
3
2
1-etil-3-metil-cicloexano
NOMENCLATURA ALCANOS: CICLOALCANOS
30/03/2017
6
11LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
11
-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.
ANÁLISE CONFORMACIONAL
12LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
12
Barreira rotacional
A interconversão de duas conformações com uma barreira
energética acima de 24 kcal/mol (100 kJ/mol) é lenta o bastante
para que cada substância existam como moléculas diferentes.
Nesse caso teremos configurações.
Conformações
diferentes: barreira
energética menor que
100 kJ/mol.
30/03/2017
7
13LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
13
14LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
14
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.
30/03/2017
8
15LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
15
Conformação Eclipsada:
Repulsão entre os
orbitais ocupados
Conformação Alternada:
Estabilização pela interação entre
o orbital ocupado C-H e o orbital
antiligante não ocupado sigma*
Razões mais importantes para mostrar que a conformação alternada é
mais estável
16LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
16
ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROJEÇÃO DE NEWMAN
H
H
H
H
HH
Projeção de Newman
30/03/2017
9
17LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
17
Como realizar a Projeção de Newman
sawhorse ou cavalete
18LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
18
Exercício 2: Passar da projeção de Newman A acima para a
forma cavalete (pau e bola)
Exercício 1: Fazer a projeção de Newman para a moléculas abaixo
A
30/03/2017
10
19LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
19
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
A
60o 60o 60o
BA
60o
B
A
60o B
A
60o
CONFÔRMEROS
Totalmente
eclipsadaEclipsada
ou anticlinal
anti Alternada
gaucheAlternada
gauche
eclipsada
Móleculas acíclicas
20LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
20
ANÁLISE CONFORMACIONAL: ETANO
H
H
H
H
HH
H
H
H H
H
H
30/03/2017
11
21LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
21
ECLIPSADAS
ALTERNADAS
ANÁLISE CONFORMACIONAL: ETANO
-ECLIPSADAS: 0o entre os substituintes próximos: maior energia (menos estável).
-ALTERNADAS: 60º entre os substituintes próximos: menor energia (mais estável).
22LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
22
• Tensão torsional: resistência a rotação
(proximidade de grupos).
• Para etano, apenas 3.0 kcal/mol
ANÁLISE CONFORMACIONAL ETANO: ENERGIA
30/03/2017
12
23LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
23
ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROPANO
H
CH3
H
H
H H
24LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
24
ANÁLISE CONFORMACIONAL: PROPANO
H
CH3
60o
H
CH3
60o
H
CH3
60o
HCH3
60o
H
CH3
60o
H
CH3
60o
CONFÔRMEROS
conformação
eclipsada
alternada
manter
o carbono
frontal fixo
30/03/2017
13
25LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
25
ANÁLISE CONFORMACIONAL PROPANO: ENERGIA
Aumento na tensão torsional (3,3 Kcal/mol) devido ao grupo mais
Impedido metila (comparado com etano – 3,0 Kcal/mol).
26LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
26
Exercício: Realizar a análie conformacional
para o Etilbenzeno e comparar com a do
propano: use projeções de Newman !!
30/03/2017
14
27LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
27
Análise conformacional para o Etilbenzeno
28LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
28
ANÁLISE CONFORMACIONAL: BUTANO
H
CH3
H
CH3
H H
30/03/2017
15
29LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
29
• Maior energia tem os grupos metilas eclipsados.
• Alta tensão estérica
• Ângulo entre as metilas = 0o
Totalmente eclipsada
ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (1)
30LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
30
• Menor energia entre as metilas anti (mais
afastadas).
• Menor tensão estérica
• Ângulo entre as metilas = 180O
anti
ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (2)
30/03/2017
16
31LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
31
• Grupos metilas eclipsados com Hidrogênio
• Maior energia (tensão estérica) que a anti
• Ângulo entre as metilas = 120o
Eclipsada
ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (3)
(com menos interação estérica que a totalmente eclipsada)
32LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
32
• Conformação Gauche é uma conformação
alternada não anti
• Metilas mais próximas que na conformação anti
• Ângulo entre as metilas = 60o
gauche
ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO (4)
30/03/2017
17
33LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
33
ANÁLISE CONFORMACIONAL BUTANO: ENERGIA
34LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
34
ANÁLISE CONFORMACIONAL: CICLOALCANOS
30/03/2017
18
35LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
35
• 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.
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
ESTABILIDADE
36LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
36
Calor de combustão
Alcano + O2 CO2 + H2O
Long-chain
157.4 157.4
166.6 164.0158.7 158.6158.3
per CH2
group
(kcal/mol)
30/03/2017
19
37LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
37
• Alta tensão angular devido ao ângulo de ligação (60o)
• Muito reativo, ligação fraca
• A sobreposição de orbitais não é efetiva
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOPROPANO
38LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
38
Tensão torsional devido a proximidade dos hidrogênios
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOPROPANO
30/03/2017
20
39LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
39
• Tensão angular (90o)
• Tensão torsional aliviada devido a distorção do
anel.
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOBUTANO
40LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
40
• Estrutura distorcida (não-planar) – 108o
• Distorção diminui a tensão angular e a tensão torsional.
=>
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM
CICLOALCANOS: CICLOPENTANO
30/03/2017
21
41LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
41
• 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.
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO
42LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
42
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – CONFORMAÇÃO CADEIRA
=>
30/03/2017
22
43LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
43
=>
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – CONFORMAÇÃO BOTE (Barco)
44LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
44=>
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – ENERGIAS
30/03/2017
23
45LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
45
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – ENERGIAS
46LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
46
Desenhando um hexane em conformação cadeira
30/03/2017
24
47LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
47
=>
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – H Axiais e Equatoriais
48LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
48
=>
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – MONOSUBSTITUÍDO
cadeira cadeirabarco
30/03/2017
25
49LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
49
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOALCANOS:
CICLOEXANO – MONOSUBSTITUÍDOPosição equatorial com menor tensão estérica:
mais estável para substituintes volumosos.
Interação
estérica
1,3 diaxial
é grande
axial
equatorial
50LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
50
Quanto maior o volume estérico do substituinte, maior será a
preferência pela posição equatorial
e
a
a
a
30/03/2017
26
51LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
51
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO
DISUBSTITUÍDO
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!
Exercício 2:
Qual a reação cis/trans
entre os hidrogênios
equatoriais-axiais nos
cicloexanos 1,2; 1,3 e
1,4?
cadeira
cadeira
52LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
52
E
A
A
E
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM
CICLOEXANO 1,2-DISUBSTITUÍDO
SUBSTITUINTES VOLUMOSOS OCUPANDO POSIÇÃO EQUATORIAL
(MENOR TENSÃO ESTÉRICA) MAIS ESTÁVEL.
30/03/2017
27
53LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
53
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,2-
DISUBSTITUÍDO (IGUAIS)
54LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
54
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,2-
DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES)
30/03/2017
28
55LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
55
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,3-
DISUBSTITUÍDO
56LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
56
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,3-
DISUBSTITUÍDO (IGUAIS)
30/03/2017
29
57LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
57
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,3-
DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES)
58LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
58
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOEXANO 1,4-DISUBSTITUÍDO
30/03/2017
30
59LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
59
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOHEXANO 1,4-
DISUBSTITUÍDO (IGUAIS)
60LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
60
ANÁLISE CONFORMACIONAL EM CICLOHEXANO 1,4-
DISUBSTITUÍDO (DIFERENTES)
30/03/2017
31
61LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
61
Exercício:
Escrever a estrutura da conformação mais
estável do estereoisômero menos estável
do 1-tert-butil-3-metilcicloexano! (cis ou
trans?)
*
62LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaIntrodução à Química Orgânica
62
1-tert-butil-3-metilcicloexanoCIS
TRANS