Para os compostos abaixo apresentar a fórmula estrutural do confôrmero mais estável e justifique:
cis-1,2-dimetil cicloexano
cis-1,2-dimetil cicloexano
Passo 1
O enunciado pede: para o composto cis-1,2-dimetilciclohexano, apresentar a fórmula estrutural do confôrmero mais estável e justificar a escolha.
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
- Substituintes: dois grupos metil (
ou ) nas posições e do cicloexano. - Relação stereoisomérica: cis — ou seja, os dois metis estão no mesmo lado do plano do anel (ambos “para cima” ou ambos “para baixo”).
Passo 2
Entendendo as conformações do cicloexano (aulas rápidas, passo a passo).
- A conformação mais estável do ciclohexano é a conformação cadeira. Nessa conformação cada carbono tem duas posições possíveis para um substituinte: axial (paralela ao eixo, alternando “para cima” e “para baixo” ao longo do anel) ou equatorial (aproximadamente ao redor do “equador” do anel, apontando para fora).
- Importante: os eixos axiais alternam de sinal de um carbono para o próximo. Se em
o axial é “para cima”, em o axial será “para baixo”, em volta a ser “para cima” e assim por diante. - Regra prática: grupos volumosos preferem a posição equatorial para reduzir interações desfavoráveis denominadas 1,3-diaxial (interações estéricas de um axial com hidrogênios axiais em carbons a distância 1,3).
Passo 3
Interpretando “cis-1,2” no contexto cadeira (por que não dá para ter os dois metis equatoriais ao mesmo tempo?).
- “Cis-1,2” significa que os dois metis estão no mesmo face do anel (ambos “para cima” ou ambos “para baixo”).
- Em uma cadeira fixa: axial em
pode ser “para cima” enquanto axial em é “para baixo” (axiais alternam). Consequentemente, as direções equatoriais adjacentes também têm orientações relativas que fazem com que: - Se ambos os substituintes estivessem equatoriais nos carbonos 1 e 2, eles estariam em faces opostas (isso corresponde a trans-1,2), não a cis.
- Conclusão lógica: para cis-1,2-dimetilciclohexano, numa conformação cadeira qualquer, NÃO é possível colocar ambos os metis equatoriais ao mesmo tempo. Em qualquer cadeira encontrará necessariamente UM metil em posição axial e OUTRO em posição equatorial, ambos no mesmo lado (ambos “up” ou ambos “down”).
Passo 4
Qual conformer será o mais estável? (usar o conceito de A-value e número de substituintes axiais)
- Cada metil em posição axial causa uma penalidade energética devido às interações 1,3-diaxial. Essa penalidade é conhecida como valor A do grupo metil:
(valor típico de tabela). - Como vimos, para cis-1,2 ambos os conformadores cadeira possíveis (o que tem metil axial em
e equatorial em , e o outro com axial em e equatorial em ) têm exatamente UM metil em axial e UM em equatorial. Isso significa que ambos têm a mesma contagem de penalidade axial total (aproximadamente proveniente do metil axial). - Portanto não existe uma conformação cadeira com ZERO metis axiais para o caso cis-1,2; a melhor que se pode ter é exatamente UMA posição axial (e uma equatorial). Logo o confôrmero mais estável é a conformação cadeira com um metil equatorial e o outro axial (ambos no mesmo lado = cis). As duas formas (axial em
/ equatorial em e axial em / equatorial em ) são conformadores equivalentes relacionados por inversão de cadeira (ring flip).
Passo 5
Descrição estrutural clara do confôrmero mais estável (como desenhar na prova).
- Desenhe a conformação cadeira do ciclohexano. Marque os carbonos
e adjacentes. Escolha “para cima” como o lado comum (pode também escolher “para baixo”; resultado é análogo). - Coloque um
em em posição axial para cima e o outro em em posição equatorial para cima. Essa é a representação do confôrmero mais estável possível para cis-1,2-dimetilciclohexano. - Observação prática para a prova: se preferir, escreva
em axial↑ e em equatorial↑; indique que há outra conformação equivalente com os papéis axial/equatorial trocados (inversão de cadeira).
Passo 6
Pequeno lembrete didático final para fixar a ideia (exemplo comparativo):
- Compare com trans-1,2-dimetilciclohexano: nesse caso é possível colocar ambos os metis equatoriais na mesma cadeira (diequatorial), o que é mais estável que o caso cis porque elimina penalidades axiais (energia menor). Por isso, tipicamente trans-1,2-dimetil é mais estável que cis-1,2-dimetil.
- No cis-1,2, como vimos, o melhor que se consegue é um axial + um equatorial.
Resposta
Confôrmero cadeira com um metil em posição axial e o outro em posição equatorial, ambos no mesmo lado do anel (por exemplo:
em
axial
e
em
equatorial
); existe o conformador equivalente (inversão de cadeira) com axial/equatorial trocados.