Desenhe a conformação mais estável de cis-1-isopropil-2-metilcicloexano:
Passo 1
O que o enunciado pede e o que temos de informação:
- Pede para desenhar a conformação mais estável de cis-1-isopropil-2-metilcicloexano.
- Informações do problema:
- É um cicloexano (logo as conformações relevantes são as cadeiras).
- Substituintes: isopropil em carbono 1 e metil em carbono 2.
- Relação entre substituintes: cis (ou seja, os dois do mesmo lado do plano médio do anel).
- Objetivo final: escolher, entre as duas cadeiras possíveis (cadeia e sua flip), a que dá menor energia e descrevê-la para desenhar.
Passo 2
Breve revisão didática sobre cadeira, posições axial/equatorial e preferência estérica
- A conformação cadeira do cicloexano tem para cada carbono duas direções de substituição: axial (perpendicular ao “plano” do anel; alterna para cima/para baixo ao redor do anel) e equatorial (aproximadamente no plano do anel, apontando para fora; também alterna a componente acima/abaixo de forma relacionada à axial).
- Importante: grupos preferem ocupar a posição equatorial porque aí têm menos interações 1,3-diaxiais (menor impedimento estérico). Essa preferência é quantificada por constantes de energia chamadas de valores- A (A-values).
- Exemplos de valores A típicos (ordem de grandeza, úteis para comparar):
-
(metil prefere equatorial por kcal/mol) -
(isopropil é mais volumoso que metil, prefere equatorial por kcal/mol)
-
- Conclusão didática: em geral, quanto maior o substituinte, maior o ganho energético em ficar equatorial.
Passo 3
Entender a geometria específica para 1,2-cis (razão por que não dá para ter ambos equatoriais)
- Num dado conformador cadeira, os grupos axiais alternam para cima/para baixo: se no carbono 1 o axial é para cima, no carbono 2 o axial será para baixo.
- Consequência prática: para carbonos adjacentes
e , - duas posições axiais (axial em 1 e axial em 2) ficam em lados opostos do anel (ou seja, axial–axial é trans).
- duas posições equatoriais (equatorial em 1 e equatorial em 2) também ficam em lados opostos (equatorial–equatorial é trans).
- Portanto, para um par 1,2: se os substituintes são cis (mesmo lado), numa dada cadeira eles NÃO podem ser ambos axiais nem ambos equatoriais; têm de ser um axial e o outro equatorial. (Se fizer a flip da cadeira, as identidades axial/equatorial dos sítios trocam: axial vira equatorial e vice-versa.)
- Conclusão prática: para cis-1,2-disubstituído sempre teremos, em cada conformador cadeira, um grupo axial e o outro equatorial; a escolha de qual fica equatorial depende de qual cadeira (antes ou depois da flip) se adota.
Passo 4
Aplicando isso a cis-1-isopropil-2-metilcicloexano: quais possibilidades e qual é energeticamente melhor
- Como é cis, nas duas cadeiras possíveis sempre um grupo será axial e o outro equatorial; as duas cadeiras são:
- cadeira A: isopropil axial em C1, metil equatorial em C2.
- cadeira B (flip): isopropil equatorial em C1, metil axial em C2.
- Usando os
-values (preferência por equatorial em energia): - Energia relativa aproximada (soma das penalidades axiais) na cadeira A:
(isopropil axial custa ; metil está equatorial, custo ). - Energia relativa aproximada na cadeira B:
(isopropil equatorial custo ; metil axial custa ).
- Energia relativa aproximada (soma das penalidades axiais) na cadeira A:
- Comparando:
Ou seja, a cadeira B (com isopropil equatorial e metil axial) é mais estável por cerca de . - Interpretação: embora o metil fique axial nessa conformação, o ganho em colocar o grupo maior (isopropil) em equatorial compensa; portanto a conformação mais estável é a que minimiza o custo do grupo maior.
Passo 5
Como desenhar a conformação mais estável — instrução passo a passo para desenhar a cadeira corretamente (faça isto na folha)
- Desenhe o esqueleto da cadeira do cicloexano (um seixo de cadeira típico com três ângulos, formando a forma “mesa” invertida).
- Num dos extremos da cadeira marque o carbono
. Ao lado, no próximo vértice no sentido horário, marque o carbono . - Escolha a orientação de referência: faça em
a ligação equatorial apontando para fora e ligeiramente para cima (isso colocará o grupo isopropil em equatorial). Em prática gráfica: desenhe em uma linha oblíqua para fora do anel (não vertical), e nela escreva “i-Pr” (isopropil). - Em
desenhe a ligação axial apontando para o mesmo lado (para cima) — axial é a linha vertical saindo do vértice da cadeira — e nela escreva “Me” (metil). Isso garante que os dois estão do mesmo lado do anel (cis). - Verifique mentalmente: no desenho que você fez, isopropil está equatorial e metil axial; isso corresponde à cadeira B, que é a mais estável conforme a comparação de energias acima.
- Se quiser desenhar a flip para conferir: inverta todas as axiais ↔ equatoriais; então isopropil passará a axial e metil a equatorial (cadeira A), que será ligeiramente menos estável.
Passo 6
Resumo físico-qualitativo e dica de memorização
- Regra prática que ajuda em provas: para um cis-1,2 o grande grupo deve estar em equatorial se possível (ou seja, escolha a cadeira em que o grupo maior é equatorial), mesmo que isso force o pequeno grupo a ficar axial.
- Dica: sempre compare penalidades usando
-values quando houver dúvida entre duas cadeiras; o caminho mais estável é o que minimiza a soma das penalidades axiais dos substituintes.
Resposta
A conformação mais estável é a cadeira em que o isopropil em
está em posição equatorial e o metil em
está em posição axial, ambos do mesmo lado do anel (cis).