Alcanos e Cicloalcanos

Química Orgânica

Alcanos têm a formula geral CnH2n+2

Nomes de alcanos não ramificados com 1-20 átomos de carbono.

MolecularFormulaName

heptanehexanepentanebutanepropaneethanemethane CH4

C2H6C3H8C4H10C5H12C6H14C7H16

tetradecanehexadecaneoctadecaneeicosane

decanenonane

octane C8H18

C9H20C10H22

C14H30C16H34C18H38C20H42

dodecane C12H26

MolecularFormulaName

Alcanos

Representação dos alcanos Formula linha - ângulo

Cada linha representa uma ligação simples O final de cada linha representa um grupo CH3. Cada vertice (ângulo representa um átomo de carbono.

CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3PentaneButane PentaneButane

Structuralformula

Line-angleformula

Ball-and-stick model

Nomenclatura1.O nome do alcano com uma cadeia hidrocarbonada não

ramificada consiste num prefixo mais um sufixo aneane.2. Para alcanos ramificados, a cadeia principal é a que tem

maior número de átomos de carbono.3. A cada substituinte é dado um número e um nome.

4. Se há um substituinte, dê numeração à cadeia de modo este tenha o número mais baixo.

CH3

CH3CH2CH2CHCH32-Methylpentane

14 3 2

5

CH3CHCH3

CH3

2-Methylpropane1

23

Isómeros de Constituição Isómeros constitucionais: Isómeros constitucionais: Compostos com a mesma formula Compostos com a mesma formula

molecular mas com diferente conectividade dos seus molecular mas com diferente conectividade dos seus átomos.átomos. Existem dois isómeros constitucionais com a mesma

formula molecular C4H10.

CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3

CH3

Butane(bp -0.5°C)

2-Methylpropane(bp -11.6°C)

Propriedades físicas

Alcanos são compostos não polares e têm apenas interacções fracas entre as suas moléculas.

Forças de dispersão: Forças de dispersão: Forças intermoleculares fracas resultam da interacção temporária de dipolos induzidos.

Propriedades físicas Ponto de ebulição

Alcanos de baixo peso molecular (1 a 4 carbonos) são gases à

temperatura ambiente, ex: metano, propano, butano.

Alcanos com 5 a 17 carbonos são líquidos à temperatura

ambiente, ex: hexano, decano, gasolina, kerosene.

Alcanos com 18 ou mais carbonos) são semisolidos ou solidos à

temperatura ambiente.

Densidade

Média cerca de 0.7 g/mL.

Propriedades físicas Isómeros constitucionais são compostos diferentes e

têm propriedades fisicas diferentes

Reacções dos alcanos

Reacções dos alcanos

Cracking e hidrocracking (industrial)

Halogenação

CH3CH2CH2CH3 + O2 CO2 + H2Oheat

8 10132

long-chain alkanes catalystshorter-chain alkanes

CH4 + Cl2 CH3Cl + CH2Cl2 CHCl3 CCl4+ +heat or light

Conformações

É qualquer arranjo tridimensional dos

átomos, que resulta da rotação que

ligação simples.

Conformações do etano

Conformação em estrela é a de mais baixa energia

O ângulo dihedral é de 60º

H

H

HH

H H

Newmanprojection

sawhorsemodel

Conformações do etano (2)

Conformação eclipse tem a energia mais elevada Ângulo dihedral é de 0º

Análise Conformacional

Ângulo de torsão: resistente à rotação Para o etano são 3,0 kcal/mol

Conformações dos Alcanos (conclusão)

Estruturas que resultam da rotação livre da ligação C-C;

Podem diferir em energia. O conformero de mais baixa

energia é o que prevalece mais tempo.

As moléculas rodam através das possíveis

conformações.

Conformações do propano Aumento ligeiro da tensão torsional devido á presença do

grupo metil que é mais volumoso

Conformações do butano (C2-C3) Os grupos metil em eclipse são de energia mais elevada

Impedimento estereo

Ângulo dihedral 0º

totally eclipsed

Conformações do butano (C2-C3) Quando os grupos metil estão na posição anti é o conformero

de mais baixa energia

Ângulo dihedral 180º

anti

Conformações do butano (3) Grupos metil eclipsados com o hidrogénio

Conformação com nível de energia mais alta do que em

estrela

Ângulo dihedral 120º

eclipsed

Conformações do butano (4) Conformação em estrela à direita

Grupos metil mais próximos que a conformação anti

Ângulo dihedral 60º

gauche

Analise Conformacional

Alcanos de cadeia hidrocarbonada maior Conformações anti são as de mais baixa energia

A cadeia hidrocarbonada é em zigzag

CH3CH2CH2CH2CH3

CH C

CC

CH H H H

H H

H H

HH H

Cicloalcanos

Anéis de átomos de carbono (grupos CH2)

Fórmula CnH2n

Não polar, insolúvel em água

Forma compacta

Ponto de ebulição e fusão semelhante aos alcanos

ramificados com o mesmo número de carbonos

Isomerismo cis-trans

Cis: grupos semelhantes estão no mesmo lado do anel

Trans: grupos semelhantes estão no lado oposto

Estabilidade dos cicloalcanos Anéis com 5 a 6 membros são mais estáveis Ângulos de ligação próximo de 109,5º Ângulo de torção Calor de combustão por -CH2-

Long-chain

157.4 157.4166.6 164.0 158.7 158.6158.3

Heats of Combustion Alkane + O2 CO2 + H2O

Ciclopropano Elevada tensão de anel devido à compressão do ângulo;

Muito reactivo, ligações fracas

Ciclopropano (2)

Tensão torsional devido aos hidrogénios eclipsados

Ciclobutano Ângulo de tensão devido à compressão

Tensão torsional parcialmente aliviado devido ao anel

fazer uma “prega”

Ciclopentano Se fosse planar os ângulos seriam de 108º, mas todos

os hidrogénios serão eclipsados.

A conformação “pragueada” reduz o ângulo torsional

Ciclohexano

Ângulos seriam de 120º se fosse planar;

A conformação em cadeira tem ângulos de ligação de

109,5º e todos os hidrogénios estão em estrela;

Não existe tensão angular nem tensão torsional

Conformação em cadeira

Conformação em barco

Energia Conformacional

Posições axial e equatorial

Ciclohexanos monosubstituidos

Interacções 1,3 diaxial

Ciclohexanos disubstituidos

Isomeros cis-trans

Ligações que são cis, alternam axial-equatorial em

volta do anel

CH3

CH3

Grupos volumosos Grupos como o t-butil causam uma grande diferença

de energia entre a conformação axial e equatorial

Conformação mais estável põe t-butil equatorial sem

importância em termos de energia

Fim