1) O documento descreve a formação de cadeias cíclicas e a origem da tensão gerada nas ligações em ciclos de 3 a 5 átomos de carbono. 2) A teoria das tensões de Baeyer explica que quanto maior a tensão entre os ângulos de ligação, maior a instabilidade da molécula. 3) Sachse e Mohr demonstraram que os ciclos maiores não são planos, o que reduz a tensão e aumenta a estabilidade.

1. tcums e cüem«
tefOl{iadas teosões
Veremos agora a formação de cadeias cíclicas e a Segundo a teoria das tensões de Baeyer, nos
origem da tensão gerada nas ligações em ciclos que ciclanos - que ele acreditava serem todos copla-
apresenta de 3 a 5 átomos de carbono. nares, isto é, com todos os átomos de carbono em um
mesmo plano -, as valências estavam sujeitas às
Cic/anos: CnHzn tensões porque os ângulos de ligação eram diferentes
de 109° 28'.
Os ciclanos são hidrocarbonetos de cadeia fe-
Quanto maior a tensão, maior a instabilidade da
chada que apresentam apenas ligações simples (an)
molécula e mais reativa é a substância.
entre carbonos.
Observe:
Possuem fórmula geral CnH2n.
Exemplo: ciclano com 4 carbonos, C4Hz4 :. C4Hs. .:. Ciclopropano: (X = 60° D
H2y-yH2
H2C- CH2 ciclobutano
tensão = 109° 28' - 60°
.:. Ciclobutano:
2
(X
tensão = 109° 28' - 90°
=
2
90° D
~
~
tensão = 24° 44'
tensão = 9° 44'
-
.:. Ciclopentano: (X = 108° O
tensão = 109° 28' - 108° ~ tensão = 0° 44'
2
Observação: O cálculo' da tensão de ligação é
feito aplicando-se a seguinte fórmula:
tensão =
109° 28' -. (X
2
na qual (X = ângulo real.
Modelo de bolas e varetas do ciclobutano C4H8.
A divisão por 2 é necessária porque a tensão an-
OS ciclanos que apresentam de 3 a 5 átomos de gular envolve 2 ligações C - C.
carbono na cadeia são razoavelmente reativos. Já Veja como a conta é feita passo a passo para o
aqueles cujo ciclo contém 6 ou mais átomos de ciclopropano.
carbono são muito estáveis e reagem com dificuldade.
Para explicar esse comportamento, o químico 109° - 60° + 28'
alemão Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer 2
(1835-1917) propôs em 1885 a teoria das tensões.
Sabemos que, quando o carbono faz 4 ligações do 49° ; 28' = 24S + 14'.
tipo sigma (0'), ele sofre hibridização Sp3 e, para Como 0,5 = 30', teremos:
0
adquirir o máximo de estabilidade, posiciona seus
24° + 30' + 14' = 24° 44'.
elétrons de valência segundo os vértices de um
tetraedro regular, ou seja, num ângulo de 109° 28', De fato, a reatividade diminui do ciclopropano
conforme mostra a ilustração abaixo da molécula de para o ciclopentano, conforme diminui a tensão nos
metano, CH4(g). ângulos de ligação. .
O problema com a teoria de Baeyer é que, seguin-
Jr H
do esse raciocínio, a reatividade deveria aumentar
novamente para o ciclo-hexano, pois, se essa molé-
cula fosse coplanar, os ângulos entre as ligações
seriam de 120°.
.:;:;, H
.:. Ciclo-hexano: (X = 120°
tensão = 109° 28' - 120° ~
o
tensão = _5° 16'
H
2
O ciclo-hexano, porém, é bastante estável e só
H
reage em condições muito específicas. Essa contra-
dição ficou sem explicação durante cinco anos.
61

2. Em 1890 o químico alemão Sachse propôs a Em 1926 a teoria de Sachse e Mohr foi confirmada
seguinte hipótese: "os átomos de carbono no ciclo- experimentalmente.
hexano (e nos ciclanos em geral) não estão todos em A maior fonte de ciclanos são os petróleos cau-
um mesmo plano, conforme dizia Baeyer, mas em cásicos e americanos.
planos diferentes, de forma que a molécula adquire O ciclopentano é um gás que possui propriedades
uma configuração espacial capaz de anular as ten- anestésicas. É muito usado em cirurgias, para ador-
sões entre as ligações". m,ecer o paciente.
De acordo com essa teoria, é possível construir O ciclo-hexano é usado como combustível e na
dois modelos para o ciclo-hexano, ambos conser- produção de ácido adípico, COOH(CH2)4COOH, que
vando os ângulos de 109° 28' entre as ligações. é matéria-prima para a fabricação do ny/on.
Ciclenos: CnH2n-2
Forma de barco
(menos estável)
Os ciclenos são hidrocarbonetos de cadeia fe-
Ângulos de
chada que apresentam uma ligação dupla (en) entre
109028' carbonos. Possuem fórmula geral CnH2n-2.
Exemplo: cicleno com 4 carbonos, C4H24-2 :. C4H6.
ciclobuteno
Forma de cadeira
(mais estável)
Ângulos de Modelo do ciclobuteno, C4H6.
109028'
OS ciclenos de 3 a 5 cerbonos são compostos
A molécula do ciclo-hexano em forma de cadeira instáveis devido à elevada 't-ensão no ângulo de
ou de Z é mais estável porque os átomos de hidro- ligação entre os átomos de carbono.
gênio ligados aos carbonos ficam mais distantes uns . No cicIopropeno, por exemplo, as ligações entre
dos outros. A molécula em forma de barco ou de C os átomos de carbono ocorrem num ângulo de 60°.
permite uma maior proximidade entre os átomos e, Sabemos, porém, que os átomos de carbono que
por isso, é mais instável. estabelecem a ligação dupla (uma s e uma p) sofrem
A hipótese de Sachse não foi aceita porque os hibridização Sp2e que, nesse tipo de hibridização, o
cientistas só conheciam o ciclo-hexano sob uma ângulo de ligação ideal é de 120 0
•
única forma. A diferença de 60° entre o real e o ideal explica a
Por volta de 1920 - cerca de trinta anos mais tar- grande instabilidade da molécula, que só existe como
de - o químico alemão Mohr mostrou, utilizando produto intermediário em algumas reações químicas.
modelos, que era possível a conversão de uma forma Já os cicIenos com 6 ou mais átomos de carbono
na outra, com apenas uma ligeira distorção dos não possuem estrutura plana, mas sim espacial (como
ângulos de valência, e que tal operação exigia uma os ciclanos), de tal forma que o ângulo entre as
quantidade pequena de energia, podendo ocorrer ligações dos carbonos se aproxima do ideal, dando
até mesmo à temperatura ambiente. estabilidade à molécula.
Como as duas formas não são igualmente estáveis, A tabela a seguir traz o ponto de fusão, o ponto de
é de se esperar que a forma de cadeira sempre ebulição e a densidade, medidos sob pressão de
predomine em uma mistura. 1 atm, de alguns cicIanos e cicIenos.
I -
I
Nome
IUPAe
Ciclopropano
II
Fórmula
molecular
C3H6
Ponto de
fusão/De
-126,6
I Ponto de
ebulição/=C
-32,9
!
Densidade/g . em?
(massa específica)
0,7279
Ciclobutano C4H8 -80 13 0,7083
C iclopenta no CSHlO -94 49,27 0,7445
Ciclo-hexano C6H12 6,3 80,7 0,779
Ciclo-heptano C7H14 -12 117 0,809
Ciclobuteno C4H6 2,0 0,733
Ciclopenteno CSH8 -135,21 44 0,772
C iclo-hexeno C6H10 -103,7 83 0,811'
62

3. I. ciclopenteno 11. but-2-eno
~_"Exercí,ios em aula 111. propadieno
V. hept-3-ino
IV. hexano
VI. ciclobutano
a) indique a fórmula estrutural;
~ 179. Forneça o nome oficial dos ciclanos abaixo a partir b) indique a classe (alcano, alceno, alcino, cicia no ou cicleno)
de suas fórmulas estruturais. a que pertencem, a fórmula geral de cada classe e a fórmula
a) H3C H2 CH3 molecular do composto.
/C"-... I
H3C/
C
H2C -CH2
IC "-...CH3 j Exaácío resolvido
b) H2 Forneça o nome e a fórmula estrutural de todos os ci-
C c/anos que apresentam:
H C/ ~CH a) 4 carbonos na molécula e um carbono terciário;
2; 2 b) 5 carbonos na molécula e um carbono terciário;
H2C CH2 c) 6 carbonos na molécula e dois carbonos terciários;
/ d) 6 carbonos na molécula e um carbono quaternário.
H2C - CH2
c) H H
-
H C -C-C- CH a) metilcic/opropano
2 I I I 3
H2
H2C -CH2 CH3 C
/
d) H2 H2 H C - C/CH3
2
C-C H
/ -, /CH3
b) metilciclobutano e etilciclopropano
H2C C-CH
I I H
H2
v.
3
HC-C-CH C
/C C~ I I
H3C- C I '" . / I C- CH3
2 3
H2 H C- C H H2 H2C -CH2
H2 H2 H2C - C''---C-CH
. H H 3
2
180. (Unip-SP) A fórmula mínima genérica (CH2)n pode c) 1,2-dimetilciclobutano e 1,3-dimetilciclobutano
representar o: H H
a) butano. b) 1,3-hexadieno. c) 2-butino. H2C -C -CH3 H2C -C -CH3
El' ciclopentano. e) benzeno. I I I I
181. (Unisa-SP) Quantos carbonos existem no cicia no H2C -C -CH3 H3C - C-CH2
H H
de menor massa molecular?
[)]3 b)4 c)5 d)6 e)7
isopropilciclopropano e l-etil-2-metilciclopropano
182. A teoria da tensão de Baeyer para os ciclanos H2
C
estabelecida em 1885 pode ser resumida no seguinte ponto:
Quanto maior a tensão entre os ângulos de ligação dos / H
carbonos na molécula, ou seja, quanto mais os ângulos se H2C - C"---C-CH
afastarem de 109° 28', mais instável será o ciciano. Já, quanto
H I 3
mais os ãngulos entre as ligações dos carbonos se aproximarem CH3
de 109° 28', menor será a tensão e o ciciano será mais estável. d) 1, l-dimetilcic/obutano e 1, 1,2-trimetilcic/opropano
Explique, com base nessa teoria, como varia a estabilidade
H2C -CH2
nos primeiros 3 compostos da série homóloga dos ciclanos. ~ /CH3
I I
183. Como os cientistas Sachse e Mohr conseguiram
explicar o fato de os cicia nos com 6 ou mais carbonos serem
H2C -i- CH3
H2C -
/
C"---CH
muito estáveis apesar de o ângulo entre as ligações - previsto CH3
I 3
teoricamente por Baeyer para moléculas coplanares - se CH3
afastar progressivamente dos 109° 28' considerado ideal?
184. Em relação aos ciclenos, indique:
a) a fórmula estrutural e o nome do cicleno que apresenta
4 carbonos e cadeia normal;
~Exerácíos complementares
b) a fórmula estrutural e o nome do cicleno que apresenta 186. (Unifor-CE) Qual é a série dos hidrocarbonetos que
5 carbonos na molécula, sendo um quaternário; têm fórmula mínima CH2?
c) a fórmula molecular e a massa molar do cicleno que a) Alcanos. b) Alcinos. c) Alcadienos.
apresenta 30 hidrogênios na molécula (veja tabela perió- aJ Ciclanos. e) Ciclenos.
dica no início do livro).
187. (Acafe-SC) Para o composto cujo nome IUPAC é
~ 185. Os hidrocarbonetos são os principais constituintes 1,3-dietil-ciclobutano, a alternativa falsa é:
do petróleo. A respeito dos hidrocarbonetos, cujos nomes a)' Possui dois carbonos quaternários.
estão relacionados a seguir: b) A hibridização dos átomos de carbono é sp".
63

4. c) Possui 4 átomos de carbono secundário .
. d) Sua fórmula molecular é C8H16·
e) Apresenta cadeia carbônica saturada.
a)
6
188. (Unip-SP) Tem a mesma fórmula molecular CSHlO'
n-pentano e metilciclobutano.
pent-1-eno e ciclopentano.
o
c) pent-2-ino e ciclopenteno.
d) 2-metilbutano e dimetilciclopropano.
e) 2,2-dimetilpropano e etilciclopropano.
e) H3C - CH2 - NH - CH2 - CH3
189. Forneça o nome oficial dos cicianos abaixo a partir
de suas fórmulas estruturais. <fY 196. Analise as afirmações abaixo a partir dos dados
fornecidos:
a) b) H H
A. Um hidrocarboneto de fórmula C6HlOtem uma das estru-
I I turas abaixo:
H-C-C-H
11. H"", /H
I. H",/H
I I C
/C=C"" H"", /C"'" /H
C C----H
II
H CH3
H /C"'" ..--H
c) d)
C
II I
C ..--
H C C ---- H
H »> /
H/ ""'C / "'H
H-C-C----H
H;COCH; H/ "'H
I
H H
111. -
H C = C -CH2 - CH2 - CH2 - CH3
190. Explique o que ocorre com a molécula do ciclopro-
IV. CH3 - C=C- CH2 - CH2 - CH3
peno que torna essa substância tão instável em relação aos
demais ciclenos.
V. CH3 - CH = CH - CH = CH - CH3
VI. CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH = CH2
191. (USF-SP)Dos seguintes hidrocarbonetos:
B. O hidrocarboneto possui 4~~S de carbono Sp2 , .
..
I. propano 11. ut-2-eno
b
c. O hidrocarboneto pode ter caoela aromática ou alifática.
111. ciclopropano ~v.ciclobuteno Portanto, pode-se concluir que ·a(s)estrutura(s) possível(is)
tem(êm) fórmula geral CnH2napenas:
do hidrocarboneto é (são):
a) l b)1I c) 111 Jllelll e)llelV
O. I ou 11 1. 111u IV
o
192. (UEM-PR)Das fórmulas moleculares abaixo, são cor- Vou VI 3. 11
retas as seguintes afirmações: 4.IV 5. VI
01. C12H24 um hidrocarboneto saturado conhecido como
é
~ 197. Em relação aos cicia nos e ciclenos, assinale as
alcano.
afirmativas corretas.
m. CSHlOpode ser-um hidrocarboneto com uma insaturação 1) Os cicianos que possuem de 3 a 5 carbonos na cadeia"são
ou saturado cíclico.
mais reativos que os alcenos, apesar de possuírem apenas
D C3H4pode ser um alcino, um dieno ou um cicleno.
ligações s entre carbonos. .
0-8. C16H32 pode ser um hidrocarboneto com uma insaturação
0-2 Os ciclanos que possuem 6 ou mais carbonos na cadela
ou saturado cíclico.
são muito estáveis; pode-se dizer que são menos reativos
16. CaH1apode ser um alcino, um dieno ou um cicleno.
que os alcanos.
32. C16H34 pode ser um alceno ou um cicleno.
:0- A explicação para a grande reatividade de alguns cicianos
64. CaH16pode ser um alcino, um dieno ou um ciclano. e a grande estabilidade de outros está na tensão entre os
193. (UFAM-PSC) A fórmula geral CnHn-2 pode ser ângulos das ligações carbono-carbono que é alta em
aplicada corretamente aos hidrocarbonetos: moléculas coplanares e baixa em estruturas espaciais.
a) alcadienos e ciclenos 08. Segundo a teoria de Baeyer, os átomos de carbono dos
6 alcadienos, ciclenos e alcinos ciclanos com 6 ou mais carbonos ocupam planos diferentes
c) alcinos e cidenos no espaço de modo que o ângulo de ligação entre eles é
d) somente aos alquinos de exatamente 109° e 28' (o mais estável).
e) alcadienos e alcanos 16, Os ciclenos são mais estáveis que os ciclanos porque a
ligação dupla entre carbonos torna a molécula mais
194. (Fuilioeste-PR) Com relação à fórmula do 1,2- resistente ao rompimento da cadeia,
dimetil-ciclopropano: 82 Da mesma forma que os cicia nos, os ciclenos com 6 ou
I. Possui seis hidrogênios presos em carbonos primários. mais átomos de carbono apresentam estrutura espacial
11. presenta cinco carbonos.
A não-coplanar de modo que o ângulo das ligações é de
111.Possui três carbonos secundários.
aproximadamente 109° 28'. .
IV.Apresenta todos os carbonos com hibridização Sp3 64. Os nomes oficiais dos compostos esquematizados a seguir
V. Possui quinze ligações sigma. são, respectivamente: 4-metil-ciclopenteno, 1,3-dimetil-
Dê a fórmula estrutural do composto e identifique as ciclohept-4-eno e dimetilciclo-hexeno.
afirmações corretas.
195. (Mack-SP) Qual dos compostos a seguir apresenta
cadeia carbônica saturada, homogênea e somente com
Ú CH,
H,CaCH;
••• carbonos secundários?
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