Desenhe fórmulas estruturais para cada par de compostos a seguir e prediga qual em cada par é mais estável.
Z- e E-2-fenil-2-buteno
Z- e E-2-fenil-2-buteno
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) desenhar as fórmulas estruturais de cada isômero (Z e E) de 2-fenil-2-buteno; (2) prever qual dos dois isômeros é mais estável.
Informações dadas (nome do composto): 2-fenil-2-buteno
.
Resumo do que vou entregar: as fórmulas estruturais (em forma condensada/skeletal textual) de Z)-2-fenil-2-buteno e
E)-2-fenil-2-buteno e uma explicação passo a passo de qual é mais estável e por quê.
Informações dadas (nome do composto):
Resumo do que vou entregar: as fórmulas estruturais (em forma condensada/skeletal textual) de
Passo 2
Escrevendo o esqueleto comum do composto (tudo isso é o mesmo esqueleto, só muda a geometria do duplo ligamento):
Aqui eu nomeei os carbonos para ficar claro:
- C2 é o carbono da esquerda do dupla ligação: ligado a
(C1), ao anel fenil (Ph) e à dupla ligação; - C3 é o carbono da direita da dupla ligação: ligado a
(C4) e a um átomo de hidrogênio.
Em linguagem curta:.
Passo 3
Como definir Z vs E (regra prática que vou usar aqui, passo a passo):
- Em cada carbono da dupla, comparar prioridades dos dois substituintes segundo Cahn–Ingold–Prelog.
- No carbono C2: os substituintes são Ph (fenil) e
. O fenil tem prioridade maior que o metil porque o átomo ligado (carbono do anel) tem substituintes com maior massa atômica efetiva (comparando sequencialmente com o carbono do metil que só liga a hidrogênios). - No carbono C3: os substituintes são
e H. O metil tem prioridade maior que o hidrogênio.
- No carbono C2: os substituintes são Ph (fenil) e
- Agora ver a posição relativa dos grupos de maior prioridade: a posição relativa entre o grupo de maior prioridade em C2 (Ph) e o de maior prioridade em C3 (CH3).
- Se esses dois grupos prioritários estiverem do mesmo lado do plano da dupla ligação, é
Z) (do alemão zusammen = juntos). - Se estiverem em lados opostos, é
E) (entgegen = opostos).
- Se esses dois grupos prioritários estiverem do mesmo lado do plano da dupla ligação, é
Passo 4
Desenhos estruturais (representações textuais/esquemáticas, mostrando qual grupo está de cada lado do plano da dupla ligação).
Z-2-fenil-2-buteno (os grupos de maior prioridade — Ph em C2 e CH3 em C3 — estão do mesmo lado):
Interpretação geométrica: o fenil (Ph, no C2) e o metil ligado a C3 estão do mesmo lado do plano da dupla ligação (cis em relação às prioridades).
E-2-fenil-2-buteno (os grupos de maior prioridade estão em lados opostos):
Interpretação geométrica: o fenil (Ph) e o metil ligado a C3 estão em lados opostos do plano da dupla ligação.
(Observação: as fórmulas condensadas acima são idênticas na escrita linear — o que distingue Z de E é a disposição espacial dos substituintes ao redor da ligação dupla, como explicado nos parágrafos anteriores.)
Passo 5
Agora vou discutir, passo a passo, os fatores que determinam qual isômero é mais estável — explicando tudo devagar como se estivéssemos estudando para a prova.
-
Nível de substituição da dupla ligação (hiperconjugação):
- Ambos os isômeros são a mesma fórmula e têm a mesma contagem de substituintes na dupla ligação (a ligação é tri-substituída: dois grupos metil/alcila + um fenil), logo a estabilização por hiperconjugação e efeito indutivo pela substituição é igual para Z e E. Portanto isso não decide a diferença entre eles.
-
Conjugação / ressonância com o anel fenil:
- O anel fenil pode conjugrar com a dupla ligação (sobreposição de orbitais p), o que tende a estabilizar o sistema quando o anel fica aproximadamente coplanar com a dupla. Essa conjugação é vantajosa e baixa a energia do sistema.
- Se a geometria ao redor da dupla força o anel a torcer muito fora do plano, a conjugação se perde e a estabilização por ressonância diminui.
-
Interação estérica (repulsão entre grupos volumosos):
- O grupo fenil é volumoso; o metil ligado ao outro carbono da dupla também ocupa espaço. No isômero Z, o fenil (em C2) e o metil (em C3) ficam do mesmo lado da dupla e acabam se aproximando espacialmente — isso gera repulsão estérica (choque entre nuvens eletrônicas dos grupos), o que eleva a energia e desestabiliza o isômero.
- No isômero E, esses dois grandes grupos ficam em lados opostos, reduzindo a repulsão estérica.
-
Como essas duas últimas ideias se combinam aqui:
- No isômero Z, além da repulsão estérica fenil–metil, essa repulsão costuma forçar o anel fenil a girar um pouco fora de coplanaridade com a dupla ligação para aliviar o choque. Esse giro reduz a conjugação anel–dupla, retirando uma fonte de estabilização. Assim o Z perde por dois efeitos: maior estérica e menor conjugação.
- No isômero E, menos estérica permite que o fenil fique mais coplanar com a dupla, preservando melhor a conjugação, e também há menor conflito espacial entre os substituintes grandes.
Conclusão lógica: as contribuições favorecem o isômero E em termos de menor energia total (menos repulsão estérica + melhor conjugação do fenil com a dupla).
Passo 6
Resumo intuitivo (como lembrar na prova): quando um grupo volumoso como fenil está envolvido, o isômero que coloca esse grupo oposto ao outro grupo volumoso (aqui o metil do outro carbono da dupla) costuma ser mais estável — basicamente porque evita choque estérico e permite melhor conjugação. Por isso, para 2-fenil-2-buteno, E é o mais estável.
Resposta
Z-2-fenil-2-buteno:
com Ph e o
do C3 no mesmo lado (isômero
Z)).
E-2-fenil-2-buteno: com Ph e o
do C3 em lados opostos (isômero
E)).
Isômero mais estável: E)-2-fenil-2-buteno.
E-2-fenil-2-buteno:
Isômero mais estável: