alcanos e cicloalcanos - nomenclatura, estrutura e propriedades

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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

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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

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Nomenclatura de alcanos e cicloalcanos

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Tipos de Carbono e hidrogênio

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Nomenclatura de Alcanos e cicloalcanos

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• 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