(a) Escreva as estruturas e dê os nomes de todos os alquenos isômeros com fórmula
. (b) Classifique-os como monossubstituído, dissubstituído, trissubstituído ou tetrassubstituído, e organize-os em ordem de estabilidade (do mais estável para o menos estável).
Passo 1
O enunciado pede duas coisas claras:
- (a) Escrever as estruturas e dar os nomes de todos os alquenos isômeros cuja fórmula molecular é
. - (b) Classificar cada um desses alquenos como monossubstituído, dissubstituído, trissubstituído ou tetrassubstituído (contagem dos substituintes ligados aos carbonos da dupla) e organizá‑los em ordem de estabilidade do mais estável para o menos estável.
Informações relevantes que temos (tudo que vem do enunciado):
- Fórmula molecular:
. - Consideramos ALQUENOS (ou seja, estruturas com uma dupla C=C).
- Precisamos listar todos os isômeros (constitucionais) e também as possibilidades geométricas relevantes (E/Z quando aplicável).
Passo 2
Como eu vou enumerar os isômeros (estratégia):
- Vou considerar todos os esqueletos possíveis de 5 carbonos que permitam uma dupla C=C sem violar valência.
- Para cada esqueleto, vou colocar a dupla nas posições possíveis (terminal = posição 1, ou interna = posição 2), lembrando de evitar duplicatas por simetria ou por renumeração.
- Vou também verificar quando a dupla C=C admite isomeria geométrica (E/Z, também chamada cis/trans em casos simples).
- Enquanto descrevo cada isômero, vou escrever a fórmula condensada para a estrutura e o nome IUPAC mais simples.
Observação rápida e útil (que vou usar adiante): esqueletos possíveis que dão alkenos com 5 carbonos são
- cadeia linear de 5 carbonos (pent-),
- cadeia com uma ramificação methyl (2‑metilbut‑) — o caso “isopentano” como esqueleto.
Não existe um esqueleto “neopentano” que gere uma dupla válida sem violar valência, então apenas esses esqueletos geram os alquenos C5H10.
Passo 3
Enumero todos os isômeros (cada item: fórmula condensada + nome IUPAC):
-
— pent‑1‑eno (nome IUPAC: ). -
— pent‑2‑eno (este admite isomeria geométrica; portanto há duas formas: cis e trans). Formalmente: -
— -pent‑2‑eno (trans‑2‑penteno). -
— -pent‑2‑eno (cis‑2‑penteno).
(Em notação condensada, a mesma fórmula aparece; a diferença é a configuração geométrica.)
-
-
— 2‑metilbut‑1‑eno (nome IUPAC: ). -
— 3‑metilbut‑1‑eno (nome IUPAC: ). -
— 2‑metilbut‑2‑eno (nome IUPAC: ).
Resumo: constitucionalmente existem 5 esqueletos/arranjos diferentes; contando a isomeria geométrica do pent‑2‑eno (E e Z) temos 6 isômeros distintos que são alquenos com fórmula
.
Passo 4
Agora eu ensino como classificar “mono/di/tri/tetra‑substituído” da dupla C=C e aplico aos casos acima.
O que significa “n‑substituído” (explicação didática):
- Pegue os dois carbonos da dupla
. - Conte quantos grupos alquila (ou outros grupos carbonados) estão ligados a esses dois carbonos (cada ligação C–C que não faz parte da própria dupla conta como um substituinte). Hidrogênios não contam.
- A soma desses substituintes é o grau: 0 → desprotegido (não ocorre aqui), 1 → monossubstituído, 2 → dissubstituído, 3 → trissubstituído, 4 → tetrassubstituído.
- Observação prática: com só 5 carbonos é impossível ter tetrassubstituído (exigiria pelo menos 6 carbonos).
Aplicando isso (mostro contagem explicitamente):
-
(pent‑1‑eno): carbonos da dupla são e . O primeiro tem 0 substituintes carbonados (dois H), o segundo tem 1 substituinte (o resto da cadeia). Soma = . Portanto: monossubstituído. -
(pent‑2‑eno): os dois carbonos da dupla têm cada um 1 grupo alquila ligado (um e outro efetivamente), soma = . Portanto: dissubstituído. Admite e . -
(2‑metilbut‑1‑eno): o carbono CH2 tem 0 substituintes, o carbono C (o que tem ligado) tem 2 substituintes carbonados (um e um efetivo). Soma = . Portanto: dissubstituído (é um caso 1,1‑dissubstituído, também chamado geminal). -
(3‑metilbut‑1‑eno): soma = (CH2) (CH ligado à cadeia ramificada) . Portanto: monossubstituído. -
(2‑metilbut‑2‑eno): contagem: carbono à esquerda da dupla tem 2 substituintes (dois — é um carbono terciário na dupla), o carbono à direita tem 1 substituinte (um ). Soma = . Portanto: trissubstituído.
Conclusão dessa classificação:
- Monossubstituídos: pent‑1‑eno e 3‑metilbut‑1‑eno.
- Dissubstituídos: pent‑2‑eno (
e ) e 2‑metilbut‑1‑eno (1,1‑disubstituído). - Trissubstituído: 2‑metilbut‑2‑eno.
- Tetrassubstituído: nenhum (impossível com 5 carbonos).
Passo 5
Agora ensino a ordenar por estabilidade e aplico aos nossos isômeros.
Princípios de estabilidade de alquenos (didático e prático):
- Regra geral (tópico principal): quanto mais substituído por grupos alquila a dupla
, maior a estabilidade do alceno. Isso se explica por hiperconjugação e efeito indutivo dos alcilares que estabilizam o sistema de orbitais da ligação dupla. - Assim: trissubstituído > dissubstituído > monossubstituído (em termos gerais).
- Para o mesmo grau de substituição, existe efeito estérico geométrico:
- Para 1,2‑dissubstituídos, a conformação trans (ou
) é mais estável que a cis ( ) porque no cis há maior repulsão estérica entre substituintes volumosos próximos.
- Para 1,2‑dissubstituídos, a conformação trans (ou
- Para tipos diferentes de dissubstituição, compara‑se hiperconjugação e estereoefeitos:
- Em geral, um 1,2‑dissubstituído trans é mais estável que um 1,1‑dissubstituído (geminal), e o geminal costuma ser mais estável que o 1,2‑cis — isto porque a distribuição dos grupos em carbons diferentes permite mais hiperconjugação efetiva e, no caso trans, menor repulsão estérica. (Explicação: colocar substituintes em carbonos opostos da dupla permite melhor estabilização via interações hyperconjugativas em ambos os carbonos e reduz empacotamento estérico entre grandes grupos.)
- Entre monossubstituídos, o que tem substituinte mais ramificado próximo à dupla tende a ser ligeiramente mais estável (ramificação favorece hiperconjugação), embora a diferença seja pequena.
Aplicando essas regras para ordenar DO MAIS ESTÁVEL PARA O MENOS ESTÁVEL:
- Mais estável (maior substituição):
— trissubstituído (único tri). - Em seguida os dissubstituídos, com prioridade para o trans (E) sobre os outros:
-
-pent‑2‑eno (trans‑2‑penteno) — dissubstituído (1,2 trans). -
— dissubstituído, caso 1,1 (geminal). (fica depois do trans 1,2 porque tem menos benefício hiperconjugativo distribuído e não tem vantagem geométrica trans.) -
-pent‑2‑eno (cis‑2‑penteno) — dissubstituído (1,2 cis), menos estável que trans devido à repulsão estérica.
-
- Finalmente os monossubstituídos:
-
— monossubstituído, mas com substituinte mais ramificado (isopropilo‑like) próximo à dupla → ligeiramente mais estável que o linear. -
— monossubstituído, cadeia linear → o menos estável do grupo listado.
-
Portanto a ordem completa (do mais estável para o menos estável), com uma frase de justificativa curta para cada passo:
-
— trissubstituído (mais hiperconjugação). -
-pent‑2‑eno — dissubstituído trans (benefício adicional por menor repulsão estérica). -
— dissubstituído 1,1 (geminal). -
-pent‑2‑eno — dissubstituído cis (repulsão estérica diminui estabilidade). -
— monossubstituído (ramificado, ligeiro ganho). -
— monossubstituído (linear, menos hiperconjugação eficaz).
Passo 6
Pequenas notas finais didáticas para a prova:
- Para contar substituintes na dupla, lutei uma vez contra a confusão: conte sempre grupos carbonados ligados diretamente aos carbonos da dupla (H não conta). Faça isso em prova lentamente.
- Para decidir se um isômero novo é realmente novo, tente renumerar a cadeia; se outro número dá a mesma localização da dupla/substituinte, é o mesmo composto.
- Se a dupla é interna (posição 2 em pentenos), pergunte sempre se há E/Z; se houver dois substituintes diferentes em cada carbono sp2, então pode haver E/Z.
- Na hora de ordenar estábilidades, primeiro compare o número total de substituintes (tri > di > mono). Só depois entre isômeros com mesmo número compare efeitos estéricos (trans melhor que cis) e distribuição (1,2 melhor que 1,1 em geral).
Resposta
(a) Lista de todos os alquenos isômeros de
com suas estruturas condensadas e nomes IUPAC:
— pent‑1‑eno (
).
—
-pent‑2‑eno (trans‑2‑penteno).
—
-pent‑2‑eno (cis‑2‑penteno).
— 2‑metilbut‑1‑eno (
).
— 3‑metilbut‑1‑eno (
).
— 2‑metilbut‑2‑eno (
).
(b) Classificação por substituição e ordem de estabilidade (do mais estável para o menos estável):
-
— trissubstituído (mais estável). -
-pent‑2‑eno — dissubstituído, trans (segunda posição em estabilidade). -
— dissubstituído, 1,1 (geminal). -
-pent‑2‑eno — dissubstituído, cis. -
— monossubstituído (ramificado). -
— monossubstituído (linear, menos estável).