MINISTRIO DA EDUCAO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI

DIAMANTINA MINAS GERAIS

Instituto de Cincia e Tecnologia - ICT

QUMICA TECNOLGICA II: A qumica dos compostos de carbono Prof. Dr. Marcelo Moreira Britto

Segundo semestre de 2011

ATIVIDADE 2: Conformao de alcanos e cicloalcanos

1) Como as entalpias de combusto (Hc) podem ser usadas para calcular as entalpias de diferentes tipos de cicloalcanos?

2) Atravs dos calor de combusto , o que poderia-se dizer a cerca da tenso angular presentes em compostos alicclicos como o ciclopentano e o cicloexano?

3) Qual o fator que influencia na tenso angular presente em muitos tipos de cicloalcanos? O que poderia-se dizer a cerca das interaes entre os orbitais que formam ligaes sujeitas a tenso angular?

4) Para a molcula de cicloexano, na converso de uma conformao em cadeira para outra conformao em cadeira uma srie de outras conformaes menos estveis so formadas. Dentre estas conformaes podemos destacar: bote-torcido, meia cadeira, bote. Coloque estas conformaes e ordem crescente de estabilidade.

5) Calcule o H de combusto por unidade de CH2 para os seis primeiros cicloalcanos, sendo dados o H de combusto ( Kcal/mol) para: ciclopropano: -2090; ciclobutano: -2718; ciclopentano: -3288; cicloexano: -3918; cicloeptano: -4632; ciclooctano: -5304. Como estes valores podem ser relacionados com a estabilidade? Qual o fator responsvel pela diferena de estabilidade?

6) Assumindo que o cicloexano est isento de qualquer tipo de tenso, utilize os dados do exerccio 1 para calcular a tenso de anel existente nos demais anis.

7) Compare a sobreposio de orbitais do ciclopropano com os orbitais dos demais alcanos de cadeia aberta.

8) Em relao tenso de anel, o que poderia ser dito a respeito da reatividade qumica relativa dos anis de ciclopropano, ciclobutano e ciclopentano?

9) O composto descrito abaixo conhecido como decalina. um composto biciclico. A decalina pode existir como dois estrereoismeros, a cis-decalina e a trans-decalina. Represente os dois estereoismeros possveis para a decalina.

10) Porque o H de combusto do cis-dimetilciclopropano maior de seu ismero trans?

11) Quais os fatores fazem do cicloexano o mais estvel, mais abundante e mais importante dos cicloalcanos em qumica orgnica?

12) O que acontece com os hidrognios do cicloexano quando um conformero em cadeira se converte em outro?

13) Fornea a conformao em bote do cicloexano e sua projeo de Newman. Porque a conformao em bote menos estvel que a conformao em cadeira?

14) Fornea as conformaes em bote torcido e meia cadeira para o cicloexano. Porque a conformao em bote torcido mais estvel que a conformao em meia cadeira?

15) Fornea as duas conformaes em cadeira presentes no equilibrio e faa uma anlise conformacional comparando suas energias relativas e indicando qual o conformero mais estvel, para : metilcicloexano; trans e cis-1,2-dimetilcicloexano

16) Utilize as interaes 1,3-diaxial para encontrar as diferenas de energia entre os conformeros mais estveis de:

a) cis e trans-1,3-dimetilcicloexano b) (e,e) e (a,a) trans-1,2-dimetilcicloexano ( sendo cada interao 1,3-diaxial CH3/H de 0,9 kcal/mol)

16) Explique porque o cis-1,4-di-t-butil-cicloexano no existe na conformao em cadeira, sendo a conformao em bote torcido a mais estvel assumida por este composto.

17) Faa uma predio sobre a estabilidade relativa do trans e cis-1,2-dimetilciclobutano.

18) compostos do tipo tetra(tert-butil)tetraedrano (A), constituem uma alta fonte de energia. Explique detalhadamente qual a razo para tais compostos possurem tal propriedade?

C(CH3)3

C(CH3)3

(CH3)3C

(CH3)3C29 O2 18 H2O 20 CO2++ energia +

19) Preveja as estabilidades relativas dos isomeros cis e trans de

a) 1,3-dimetilcicloexano b) 1,4-dimetilcicloexano c) Sendo as interaes 1,3-diaxial entre metil-hidrognio (CH3-H) igual a 1,8 kcal/mol (0,9

kcal/mol para cada interao), preveja a diferena de energia potencial entre cada par de estereoismeros.

20) Baseado nas informaes contidas no quadro abaixo, responda: (3,0 pontos)

Substituinte X Valor da interao 1,3 diaxial (H-X) (Kcal/mol) (por cada interao)

C(CH3)3 2,7 COOH 0,7

I) Calcule a diferena de energia entre as conformaes dos compostos abaixo indicando qual a conformao mais estvel em cada um dos casos:

21) O alqueno A hidrogenado dando origem ao alcano B, liberando uma quantidade de calor duas vezes maior que o calor de hidrogenao dos alquenos de cadeia aberta ( em torno de 30 kcal/mol). Explique. (3,0 pontos)

C(CH3)3

COOH

C(CH3)3

COOH

a)

b)

HO= -65,0 kcal/mol H2/Pt

HH

A B

22) Baseado na estrutura do 1,3-dimetilcicloexano descrita abaixo e nos valores de interaes 1,3-diaxial, responda s questes propostas:

- Interao 1,3-diaxial H/CH3: 0,9 Kcal/mol (para cada interao) - Interao 1,3-diaxial CH3/CH3: 3,6 Kcal/mol (para cada interao)

a) Qual a conformao mais estvel do ismero Cis? De quantos Kcal a diferena de estabilidade entre estes confrmeros?

b) Qual a conformao mais estvel do ismero trans? De quantos Kcal a diferena de estabilidade entre estes confrmeros?

c) Qual a configurao mais estvel? De quantos Kcal a diferena de estabilidade entre as duas configuraes do 1,3-dimetilcicloexano?

23) Baseado nas informaes contidas no quadro abaixo, calcule a diferena de energia entre as conformaes dos compostos abaixo indicando qual a conformao mais estvel em cada um dos casos.

Substituinte X Valor da interao 1,3 diaxial (H-X) (Kcal/mol) (por cada interao)

Br 0,25 C(CH3)3 2,7 COOH 0,7

24) Baseado na estrutura do 1,3-dicloro-cicloexano responda s questes abaixo:

a) represente a estrutura de todos os estereoismeros possveis para o 1,3-dicloro-cicloexano e a sua respectiva nomeclatura.

b) Qual e a relao existente entre eles? c) Quais dos pares de estereoismeros poderiam ser separados por mtodos fsicos

convencionais? Por que? d) Quais dos pares de estereoismeros, quando colocados em um polarmetro, apresentariam

atividade tica? Quais constituiriam uma mistura racmica?

CH3

CH3

C(CH3)3

Br

COOH

Br

I) II)

25) Fornea a nomenclatura adequada para cada uma das seguintes estruturas dadas fornecendo, quando for o caso, juntamente com o nome, a configurao da molcula.

II) Fornea a estrutura adequada a cada um dos seguintes compostos dados a seguir: a) 2-metil-biciclo[3.2.1]octano b) trans-1-cloro-3-etil-cicloexano c) (2S,3R)-2,3-dibromobutano

26) Os cubanos e seus derivados so compostos muito teis quando utilizados como explosivos por se tratar de uma fonte altamente energtica. Explique detalhadamente a razo desta propriedade apresentada por esta classe de compostos.

27) Os valores das interaes 1,3-diaxiais entre radicais alquila e hidrognio (R/H) so: 1,8 para o metila/H, 1,9 para o etila/H, 2,1 para o isopropila/H e 5,2 para o tert-butila/H. Qual a razo para um aumento to significativo do grupo isopropil para o tert-butil?

28) Utilize as diferenas energticas dadas no exerccio 27 para avaliar as diferenas de energias entre as duas conformaes do:

a) cis-4-tert-butilmetil-cicloexano b) Trans -1-tert-butilmetil-cicloexano

29) Preveja a estabilidade relativa dos ismeros cis e trans do 1,4-dimetilcicloexano, sendo as interaes 1,3-diaxial entre metil-hidrognio igual a 1,8 kcal/mol (0,9 kcal/mol para cada interao). Preveja a diferena de energia potencial entre o par de estereoismeros.

30) Os calores de combusto de trs pentanos ismeros (C5H12) CH3(CH2)CH3, 845,2 kcal/mol; CH3CH(CH3)CH2CH3, 843,4 kcal/mol e (CH3)3CCH3, 840 kcal/mol. Qual ismero o mais estvel? Construa um diagrama que mostre a energia potencial relativa de cada uma dos ismeros.

Br CH3

H

H

BrCH3

CH2Br

H BrCH2CH2CH3

CH3

ClH

Cl

CH2CH3

Ha) b)

c) d) e)CH2CH3

CH3

Cl CH3

H CH2CH3

+ 10 O2 8 CO2 + 4H2O + energia

31) Fornea o nome IUPAC para as estruturas a seguir:

Fornea a estrutura para o 8-cloro-2,2,6,6-tetrametilbiciclo [3.2.1]octano.

32) O trans-1,2-dimetilciclopropano mais estvel que o cis-1,2-dimetilciclopropano. Porque? Qual o ismero libera uma maior quantidade de calor na combusto? Porque?

33) Em relao ao trans-1-bromo-4-tert-butil cicloexano (uma das estruturas representadas na reao abaixo), responda: Qual a outra conformao que este ismero assume? Qual a mais estvel? No equilibrio, qual a conformao predominante?

H

CH3CH3

H

Cl

Cl

CH3

ClCl

CH3

Cl

CH3Cl

CH3

Cl CH3

CH3CH3

CH3