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(c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.
QUÍMICA ORGÂNICA I
Aula 3Alcanos e Cicloalcanos
Nomenclatura e Propriedades
Prof. Dr. Ricardo StefaniUniversidade Federal de Mato Grosso
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Alcanos e Cicloalcanos● Alcanos e Cicloalcanos são hidrocarbonetos alifáticos saturados
●Hidrocarbonetos são compostos orgânicos formados exclusivamente por carbono e hidrogênio. Podem ser saturados ou insaturados.
●Dizemos que um composto orgânico é saturado quando este não possui ligações duplas, triplas ou aromáticas entre seus átomos
●Um composto orgânico insaturado possui ligações duplas, aromáticas ou triplas entre seus átomos
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Alcanos e Cicloalcanos● Qual é a origem do termo alifático?
A origem é histórica. No século XIX, muitos hidrocarbonetos eram, e até hoje ainda são, obtidos de fontes naturais. Fontes importantes são os óleos e gorduras e a palavra alifático vem do grego aleiphar (gordura)
● Em oposição ao termo alifático, há o termo aromático, que estudaremos mais adiante
●A maior fonte de hidrocarbonetos é o petróleo
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Alcanos e Cicloalcanos● Fórmula Geral: C
nH
2n+2
● Fórmula Geral para cicloalcanos: CnH
2n
● O alcano mais simples que existe é o metano (CH
4)
● Os alcanos e cicloalcanos são altamente apolares em virtude de serem formados exclusivamente por C e H
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Alcanos e Cicloalcanos
Reproduzido: de Bruice, P.Y. Química Orgânica 4ed.
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Alcanos e Cicloalcanos● Isômeros Constitucionais
São substâncias com a mesma fórmula molecular, mas com fórmula estrutural diferentes.
Reproduzido: de Bruice, P.Y. Química Orgânica 4ed.
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Alcanos e Cicloalcanos● O número de isômeros constitucionais cresce à medida que aumenta o número de átomos
Reproduzido: de Carey, F. A. Organic Chemistry 4th ed.
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Alcanos e Cicloalcanos● Assim, a mesma fórmula molecular pode designar várias substâncias diferentes. C7H16 pode ser qualquer uma das seguintes substâncias:
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Alcanos e Cicloalcanos● Desenhando Fórmulas estruturais:
● Já conhecemos as estruturas de Lewis e de Kekulé.
● O problema é que essas duas representações não são ideais para estruturas orgânicas com muitos átomos.
As fórmulas condensadas e de linhas de ligação são melhores para representar substâncias mais complexas
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Alcanos e Cicloalcanos● Desenhando Fórmulas estruturais:
● Fórmulas condensadas e de linhas de ligação
● Para desenhar estruturas químicas devemo ser:● Realista● Claro● Econômico
● Lembrem-se: Bom senso é tudo. Algumas vezes é melhor utilizar fórmulas condensadas ou de Kekulé do que de linhas de ligação. Depende muito do que queremos mostrar e dizer
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Nomenclatura em Química Orgânica
● As substâncias químicas possuem nomes que as identificam
●Uma substância pode ter vários nomes, mas um nome deve identificar apenas uma substância
●Há vários sistemas de nomenclatura:● Comum (humano)● Belstein (humano)● Chemical Abstracts (humano e máquina)● IUPAC (humano)● IUPAC-NIST/InChI (para máquinas)
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Nomenclatura em Química Orgânica
● A nomenclatura IUPAC atual é fruto de sucessivas atualizações e modificações das regras de Geneva (1889)●A norma IUPAC para compostos orgânicos mais recente é de 1993 e está disponível em http://www.acdlabs.com/nomenclature/iupac●A norma IUPAC foi feita para a língua inglesa, portanto pode haver diferenças na adaptação para a língua portuguesa. Exemplo:● Ciclohexane fica ciclo-hexano e não cicloexano (checar
normas da nova ortografia)● http://chemkeys.com/br/2011/07/15/nomenclatura-de-compostos-organicos-segundo-as-
recomendacoes-da-iupac-uma-breve-introducao/
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Nomenclatura de alcanos e cicloalcanos
1. Determine o número de carbonos na cadeia contínua mais comprida
CH3CH2CH2CH2CHCH2CH2CH3
CH3
12345678
CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3
CH2CH2CH3
45678
123
CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3
CH2CH2CH2CH3
1234
5 6 7 8
Reproduzido: de Bruice, P.Y. Química Orgânica 4ed.
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Nomenclatura de alcanos e cicloalcanos
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2. Numere os substituintes para obter-se a menor numeraçãopossível no nome da substância
CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH3
CH3 CH2CH3 5-ehtyl-3-methyloctanenot
4-ethyl-6-methyloctanebecause 3<4
(Substituintes são listados em ordem alfabética )
3. Assinale os menores números possíveis para todos os substituintes
CH3CH2CHCH2CHCH3
CH3CH3
2,4-dimethylhexane
CH3CH2CH2C
CH3
CH3
CCH2CH3
CH3
CH3
3,3,4,4-tetramethylheptane
CH3CH2CHCH2CH2CHCHCH2CH2CH3
CH2CH3
CH2CH3 CH2CH3
CH3
3,3,6-triethyl-7-methyldecane
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Nomenclatura de alcanos e cicloalcanos
Reproduzido: de Bruice, P.Y. Química Orgânica 4ed.
5. Quando ambas as direções levam ao menor número para um dos substituintes, a direção escolhida é aquela que fornece o menor número possível para um dos substituintes restantes
CH3CHCH2CHCH3
CH3
CH3 CH3
2,2,4-trimethylpentanenot
2,4,4-trimethylpentanebecause 2<4
CH3CH2CHCHCH2CHCH2CH3
CH3
CH3 CH2CH3
6-ethyl-3,4-dimethyloctanenot
3-ethyl-5,6-dimethyloctanebecause 4<5
6. Se o mesmo número dos substituintes é obtido em ambas as direções, o primeiro grupo citado recebe o menor número
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Nomenclatura de alcanos e cicloalcanos
Reproduzido: de Bruice, P.Y. Química Orgânica 4ed.
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Nomenclatura de alcanos e cicloalcanos
Reproduzido: de Carey, F. A. Organic Chemistry 4th ed.
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Tipos de Carbono e hidrogênio
Reproduzido: de Bruice, P.Y. Química Orgânica 4ed.
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Nomenclatura de Alcanos e cicloalcanos
Reproduzido: de Bruice, P.Y. Química Orgânica 4ed.
• Se houver apenas um substituinte no anel não é necessárionumerá-lo
CH3
methylcyclopentane
CH2CH3
ethylcyclohexane
CH2CH2CH2CH2CH3
1-cyclobutylpentane
2. Nomeie os dois substituintes em ordem alfabética
H3CCH2CH2CH3
1-methyl-2-propylcyclopentane
H3CH2C
CH3
1-ethyl-3-methylcyclopentane
CH3
CH3
1,3-dimethylcyclohexane
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Fontes de Alcanos e Cicloalcanos
● Petróleo e Gás Natural● Craqueamento
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Propriedades Físicas● Ponto de ebulição
● Aumenta conforme aumenta o tamanho da cadeia
● Ramificações diminuem o ponto de ebulição
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Propriedades Físicas● Ponto de Fusão
● Aumenta conforme aumenta o tamanho da cadeia
● Ramificações diminuem o ponto de fusão
Reproduzido: de Carey, F. A. Organic Chemistry 4th ed.
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Propriedades Físicas
● Solubilidade em água:● São moléculas hidrofóbicas insolúveis em água● São menos densas que a água
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos
● Ligações sigma podem possuir rotação livre, o que permite diferentes conformações das moléculas
●Conformação: É a maneira como a molécula está em determinado momento
●Uma conformação pode ser de alta ou baixa energia
●Uma conformação de mais baixa energia é mais estável
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos
● Então algumas conformações são mais estáveis que outras. E são preferidas
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos
● Para algumas conformações podem haver barreiras energéticas
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos
Conformação: É qualquer arranjo tridimensional dos átomos numa molécula que é consequencia da rotação ao redor de uma ligação simples.
Projeção de Newmann: uma maneira de representar uma molécula como se estivéssemos olhando-a ao longo de uma ligação carbono-carbono.
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos
Reproduzido: de Bruice, P.Y. Química Orgânica 4ed.
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• Tensão torsional: repulsão entre pares de elétronsligantes.
• Um confôrmero anti é mais estável que umconfôrmero eclipsado.
Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (Etano)
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (Butano)
• Tensão estérica: repulsão entre nuvens eletrônicasde átomos ou grupos.
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclopropano)
● Tensão angular: No ciclopropano, o angulo de ligação cai de 109,5 graus para 60 graus. Desfavorável, alta energia● Tensão torsional: Seis hidrogênios eclipsados. Desfavorável
H
H
H
H
H
H
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclobutano)
● A energia tensional é alta (26 Kcal/mol)●Conformação planar reduz tensão torsional, mas aumenta a angular●Conformação mais estável é a borboleta
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclopentano)
● A energia tensional do ciclopentano é de 6,5 kcal/mol
● a torção do ciclopentano planar reduz a tensão torsional, aumentando a angular
● a conformação de menor energia é a envelope
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclo-hexano)
● Cadeira: conformação torsional mais estável de um anel ciclo-hexano
● Todos os ângulos de ligação são aprox. 109,5° ● Todas as ligações de carbonos adjacentes estão em conformação anti
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclo-hexano)
●Barco: conformação torsional do anel de ciclo-hexano em que os carbonos 1 e 4 são dobrados na direção um do outro●Menos estável que a conformação cadeira●Todos os ângulos de ligação são aprox. 109,5°
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclo-hexano)
●Barco torcido: A menos estável de todas
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclo-hexano)
●Ciclo-hexano substituído●Metilciclo-hexano●Qual é mais estável?
CH 3
CH 3
+1.74 kcal/mol
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclo-hexano)
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclo-hexano)
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclo-hexano)
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (ciclo-hexano)
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Conformações de Alcanos e Cicloalcanos (metil-
cliclohexano)
Conformação favorecida é a mais estável. Ou seja, a deMenor energia e interação entre os substituintes