O documento discute os fundamentos eletrônicos da estrutura molecular, incluindo: 1) A estrutura molecular pode ser discutida em termos de distância intramolecular entre átomos, que pode ser monodimensional, bidimensional ou tridimensional. 2) A análise conformacional de moléculas como etano e butano mostra que arranjos que minimizam interações eletrônicas repulsivas são mais estáveis. 3) A análise de cicloalcanos mostra que a conformação cadeira do cicloexano minimiza tens

1. CONFORMACIO
NAL
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Química - UFSM

2. Fundamentos Eletrônicos da Estrutura
Molecular
Estrutura molecular pode ser discutido em termos de distância
intramolecular entre dois átomos A e B
A e B são adjacentes A e B são geminais A e B são
vicinais
1ligação - 1 ligação e angulo 3Ligação ,
dimensão 2 dimensões Ângulo e
Ângulo diedro
3 dimensões
Monodimensional Bidimensional Tridimensional
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3. Fundamentos Eletrônicos da Estrutura
Molecular
Objetivo principal: Entender como forças intramoleculares tornam alguns
arranjos espaciais energeticamente mais favoráveis do que outros.
Ligações e Rotação de Ligação:
i) Grupos ligados por apenas uma ligação sigma) podem sofrer rotações em
torno desta ligação.
ii) Conformação : Qualquer arranjo tridimensional de átomos que resulta da
rotação em torno de uma ligação simples é chamado de.
iii) análise conformacional: Uma análise da variação de energia que a
molécula sofre com os grupos girando em uma ligação simples
Alternada
Eclipsada
Lembrar sempre: Moléculas orgânicas são objetos tridimensionais.
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4. Estrutura Molecular
Projeção de Newman:
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5. Estrutura Molecular
Modos de Representar Moléculas Orgânicas
De acordo com o ângulo diedro, os grupos podem ser classificados
em Eclipsados (sp e ac), Gauche (sc) e Anti (ap)
No butano os dois grupos Metilas são usados como referência e pode
variar de 0 a 360º. É conveniente dividirmos o círculo em semicírculos
sin (juntos) e anti (opostos) e em setores periplanar (quase plano) e
clinal (inclinado).
Eclipsados Gauche
Anti
Ângulo torsional 0º 60º
180º
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6. Estrutura Molecular
Modos de Representar Moléculas Orgânicas
De acordo com o ângulo diedro, os grupos podem ser classificados
em Eclipsados (sp e ac), Gauche (sc) e Anti (ap)
No butano os dois grupos Metilas são usados como referência e pode
variar de 0 a 360º. É conveniente dividirmos o círculo em semicírculos
sin (juntos) e anti (opostos) e em setores periplanar (quase plano) e
clinal si
(inclinado).
n
ant
i s
s p s
c
a c
a
c a c
clin clin
p
al al
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7. Análise
Conformacional
Análise Conformacional do Etano
i) Conformação mais estável é a conformação alternada. Ocorre a máxima
separação possível dos pares de elétrons das seis ligações C-H.
ii) Conformação menos estável é a conformação eclipsada. Requer a interação
repulsiva máxima entre os elétrons das seis ligações C-H.
Alternada Eclipsada Alternada
Lembrar que: maior energia → menor estabilidade
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8. Análise
Conformacional
Análise Conformacional do Etano
i) Conformação mais estável é a conformação alternada. Ocorre a máxima
separação possível dos pares de elétrons das seis ligações C-H.
ii) Conformação menos estável é a conformação eclipsada. Requer a interação
repulsiva máxima entre os elétrons das seis ligações C-H
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9. Análise
Conformacional
Análise Conformacional do Etano
i) Conformação mais estável é a conformação alternada. Ocorre a máxima
separação possível dos pares de elétrons das seis ligações C-H e
Estabilização CH// CH
i) Conformação menos estável é a conformação eclipsada. Requer a interação
repulsiva máxima entre os elétrons das seis ligações C-H. Repulsão CH// CH
Estabilização CH// CH
Repulsão CH// CH
Alternada
Eclipsada
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10. Análise
Conformacional
Diferença de energia entre as duas conformações do etano: 3 Kcal/mol (12
KJ/mol).
Esta diferença de energia é chamada de energia torsional.
Na temperatura ambiente: 100 da conformação alternada pra
1 da eclipsada.
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11. Análise
Conformacional
Diferença de energia entre as duas conformações do etano: 3 Kcal/mol (12
KJ/mol).
Esta diferença de energia é chamada de energia torsional.
Na temperatura ambiente: 100 da conformação alternada pra
1 da eclipsada.
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12. Análise Conformacional do
Butano
E (Kcal/mol)
Descreve a diferença de
Energia
Entre as conformações
Angulo Diedro
Comparação entre conformações gauche (C) e anti (A)
D C B A B C
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13. Análise Conformacional do
Butano
Temperatura de 25 °C: 72% anti e 28% gauche.
Importante: As barreiras de rotação na molécula do butano e do etano são pequenas demais
para permitir o isolamento dos confôrmeros em temperaturas próximas ao ambiente.
Podemos considerar que a rotação das ligações é livre.
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14. Análise Conformacional do
Butano
Temperatura de 25 °C: 72% anti e 28% gauche.
Importante: As barreiras de rotação na molécula do butano e do etano são pequenas demais
para permitir o isolamento dos confôrmeros em temperaturas próximas ao ambiente.
Podemos considerar que a rotação das ligações é livre.
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15. Análise Conformacional -
Cíclicos
Estabilidade Relativa dos Cicloalcanos: Tensão de Anel
Os cicloalcanos diferem em suas estabilidades relativas.
O cicloalcano mais estável é o cicloexano.
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16. Análise Conformacional -
Cíclicos
Calor de Combustão
O calor de combustão de um composto é a variação de entalpia na oxidação
completa do composto, ou seja, a energia liberada.
Tensão Hidrocarbonetos Cíclicos
Anel ΔH exp (-) ΔH/CH2(-) Tensão CH2 Tensão anel
Classificação
3 499 166,6 9,2 27,2 Pequeno
4 655 164,0 6,6 26,3
5 793 158,7 1,3 6,5 Comuns
6 944 157,4 zero Zero
7 1108 158,3 0,9 6,3
8 1269 158,6 1,2 10,0 Médios
9 1429 158,8 1,4 12,9
10 1586 158,6 1,2 12,0
11 1742 157,7 0,3 3,3
Incremento regular de 157,4 Kcal mol-1 por cada grupo CH2 adicional. Assim, para
cicloalcanos (cuja fórmula geral é (CH2)n esperaríamos que
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ΔH° = - (n X 157,4) Kcal mol-1

17. Origem da Tensão de Anel no Ciclopropano
Razões da tensão de anel do ciclopropano:
i) Tensão angular: Energia necessária para distorcer os carbonos tetraédricos de
modo a permitir a sobreposição dos orbitais. Notar que não é possível uma
sobreposição dos orbitais sp3 dos átomos de carbono de maneira tão eficiente
quanto em outros alcanos.
ii) Tensão torsional: hidrogênios eclipsados.
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18. Análise Conformacional -
Ciclobutano
Origem da Tensão de Anel no Ciclobutano
Ciclobutano possui tensão de anel como o ciclopropano.
No ciclobutano, a distorção da planaridade diminui a tensão torsional com
relação ao ciclopentano. Tensão angular também é menor do que no
ciclopropano.
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19. Análise Conformacional -
Ciclopentano
Análise Conformacional do Ciclopentano
A tensão de anel no ciclopentano é menor do que no ciclopropano e no
ciclobutano.
No ciclopentano, a conformação mais estável é a envelope.
A conformação tipo envelope diminui a tensão torsional. A planaridade iria
introduzir considerável tensão torsional, pois todos os 10 átomos de hidrogênio
estariam eclipsados. Prof. Hugo Braibante - UFSM

20. Análise Conformacional -
Cicloexano
Análise Conformacional do Cicloexano: Conformações Possíveis
Conformação tipo cadeira: não tem tensão angular e torsional.
Arranjo alternado dos substituintes na conformação
cadeira:
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21. Análise Conformacional -
Cicloexano
Análise Conformacional do Cicloexano: Conformações
Possíveis
Conformação tipo barco:
i) não tem tensão angular, mas tem tensão torsional.
ii) Tem energia mais elevada do que a conformação cadeira.
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22. Análise Conformacional -
Cicloexano
Análise Conformacional do Cicloexano:
Conformações Possíveis
Conformação barco torcido é mais estável
do que a barco, já que a tensão torsional é menor.
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23. Análise Conformacional -
Cicloexano
Energia Conformações do Cicloexano
Como a conformação cadeira é mais estável do que as outras,
mais de
99% das moléculas estão em um dado Prof. Hugo Braibante - UFSM
instante na conformação
cadeira.

24. Análise Conformacional -
Cicloexano
Energia Conformações do Cicloexano
Como a conformação cadeira é mais estável do que as outras,
mais de
99% das moléculas estão em um dado Prof. Hugo Braibante - UFSM
instante na conformação
cadeira.

25. Análise Conformacional -
Cicloexano
Átomos de Hidrogênio Axial e Equatorial
No cicloexano observamos dois tipos de hidrogênio:
a) 6 ligações C-H axiais
b) 6 ligações C-H equatoriais
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26. Análise Conformacional -
Cicloexano
Átomos de Hidrogênio Axial e Equatorial
Quando passamos de cadeira para outra, todas as ligações que eram
axiais se tornam
equatoriais e vice-versa.
Temperatura ambiente: 100.000 conversões por segundo!
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27. Análise Conformacional -
Cicloexano
Análise Conformacional do Cicloexano:
Como Desenhar um Cicloexano
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28. Análise Conformacional -
Cicloexano
Análise Conformacional do Cicloexano:
Conformações do Metilcicloexano: Interação 1,3-Diaxial
A conformação com o grupo metila em equatorial é cerca de 1,7
Kcal/mol mais estável do que aquela com a metila em axial.
Na temperatura ambiente, 95% das moléculas do metilcicloexano
estão na conformação com a metila em equatorial.
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29. Análise Conformacional -
Cicloexano
Conformações do Metilcicloexano
A tensão causada pela interação 1,3-diaxial no metilcicloexano é
similar àquela causada pela proximidade dos átomos de hidrogênio
dos grupos metila na forma gauche do butano.
Equatorial ; Y Axial ; Y
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30. Análise Conformacional -
Cicloexano
Análise Conformacional do Cicloexano:
Conformações do t-Butilcicloexano
A conformação do t-butilcicloexano com o grupo t-butila equatorial é 5
kcal/mol mais estável do que conformação com o grupo axial.
Na temperatura ambiente, 99,99% das moléculas possuem o grupo t-butila
na posição equatorial.
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31. Análise Conformacional -
Cicloexano
Análise Conformacional de Cicloalcanos Dissubstituídos
Exemplo 1: trans-1,4-Dimetilcicloexano: 99% das moléculas em diequatorial.
Diferença de energia: 3,4 Kcal/mol.
Exemplo 2: cis-1,4-Dimetilcicloexano: As duas conformações tipo cadeira são
equivalentes.
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32. Análise Conformacional -
Cicloexano
Análise Conformacional de Cicloalcanos Dissubstituídos
Quando um grupo alquila é maior do que o outro, a conformação mais
estável será aquela em que o grupo mais volumoso encontra-se na posição
equatorial.
Exemplo: trans-1-t-butil-3-metilcicloexano
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33. Análise Conformacional -
Cicloexano
Análise Conformacional de Cicloalcanos Dissubstituídos
Quando um grupo alquila é maior do que o outro, a conformação
mais estável será aquela em que o grupo mais volumoso encontra-se
na posição equatorial.
Exemplo: trans-1-t-butil-3-metilcicloexano
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34. Clicar no Etano para ver Energia dos Confôrmeros
Clicar no Butano para ver Energia dos Confôrmer
Clicar no Cicloexano para ver Energia d
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35. Análise Conformacional –
Energia Potencial
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bits
tream/handle/mec/15320/ethane.swf?sequ
ence=1
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bits
tream/handle/mec/12090/butane.swf?sequ
ence=1
http://www.learnerstv.com/animation/animationcategory.php?cat=Ch
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