Em cada par abaixo, diga qual o alqueno mais estável, justificando:
(b) cis-3-hexeno ou trans-3-hexeno
(b) cis-3-hexeno ou trans-3-hexeno
Passo 1
O enunciado pede que eu compare a estabilidade entre cis-
-hexeno e trans-
-hexeno e justifique qual é o mais estável.
Informações relevantes dadas pelo enunciado: ambos os compostos têm a mesma fórmula de esqueleto, sendo um alceno com dupla ligação entre os carbonos e
da cadeia de seis carbonos. A diferença entre eles é apenas a configuração geométrica ao redor da dupla ligação: em um os grupos alquila maiores estão do mesmo lado (cis-
-hexeno) e no outro estão em lados opostos (trans-
-hexeno).
Informações relevantes dadas pelo enunciado: ambos os compostos têm a mesma fórmula de esqueleto, sendo um alceno com dupla ligação entre os carbonos
Passo 2
Vou escrever a estrutura linear para visualizar os substituintes na dupla ligação. A cadeia do hexeno pode ser escrita como
Os carbonos da dupla são os dois centrais (
e
). Cada um desses carbonos está ligado a um átomo de hidrogênio e a um grupo etila (
). Portanto, ambos os isômeros são alenos dissubstituídos (cada carbono insaturado tem um substituinte alquila e um hidrogênio).
Passo 3
Explicar o que determina a estabilidade de alcenos (aula rápida e prática):
- Substituição por grupos alquila: quanto mais substituído o carbono da dupla por grupos alquila, mais estável tende a ser o alceno. Isso ocorre por hiperconjugação: ligações
C–H ou C–C adjacentes podem estabilizar a nuvem por interação/resonância parcial. (Aqui cada grupo etila contribui de forma parecida.) - Conjugação e ressonância: alcenos conjugados com outros sistemas insaturados são ainda mais estáveis (não é o caso aqui).
- Tensão estérica (repulsão espacial): quando grupos volumosos ficam próximos no espaço, há repulsão de Van der Waals que aumenta a energia (diminui a estabilidade). Em isômeros cis/trans, a diferença principal costuma ser essa repulsão entre substituintes próximos no isômero cis.
Resumo prático: quando dois alcenos têm o mesmo grau de substituição na dupla, a diferença de estabilidade entre cis e trans é dominada pela tensão estérica — o cis é geralmente menos estável por empurrar grupos volumosos próximos um do outro.
Passo 4
Aplicando os conceitos ao nosso par: ambos têm exatamente o mesmo grau de substituição (cada carbono da dupla tem um grupo etila e um hidrogênio). Assim, a contribuição da hiperconjugação e do efeito de substituição é essencialmente igual para os dois isômeros. Logo, essa não resolve a diferenca — precisamos olhar para outra coisa: a tensão estérica entre os grupos etila.
Passo 5
Analisando a tensão estérica: em cis-
-hexeno os dois grupos etila (
) estão do mesmo lado do plano da dupla. Isso faz com que as cadeias laterais se aproximem no espaço e comecem a experimentar repulsão estérica entre átomos próximos (hidrogênios e carbonos das cadeias etila). Em trans-
-hexeno esses mesmos grupos etila ficam em lados opostos do plano da dupla, portanto mais afastados espacialmente e com pouca sobreposição entre suas nuvens eletrônicas — ou seja, menos repulsão estérica.
Passo 6
Consequência energética (intuição numérica, sem depender de calculadora): a repulsão estérica do isômero cis aumenta sua energia relativa. Para alcenos dissubstituídos por grupos alquila do tipo etila, experimentalmente costuma-se observar que o isômero trans é mais estável que o cis por uma pequena margem — tipicamente da ordem de
a
kcal·mol
(valores experimentais variam com os grupos, mas esta é a escala típica). O ponto importante para a prova: a diferença existe e é explicada por menor tensão estérica no trans.
Passo 7
Resumo da justificativa didática e pronta para a prova: ambos têm mesma substituição (mesma hiperconjugação), logo o que diferencia é a proximidade espacial dos grupos etila. No cis-
-hexeno os grupos etila ficam próximos e há repulsão estérica; no trans-
-hexeno eles ficam opostos e essa repulsão é minimizada. Portanto o trans é mais estável.
Resposta
trans-
-hexeno