Escreva a fórmula estrutural para a conformação mais estável de cada um dos seguintes compostos:
(a) trans-1-terc-butil-3-metilciclohexano.
(a) trans-1-terc-butil-3-metilciclohexano.
Passo 1
O enunciado pede: escrever a fórmula estrutural da conformação mais estável de trans-1-terc-butil-3-metilciclohexano.
Informações dadas (implícitas no nome):
Informações dadas (implícitas no nome):
- Um ciclohexano substituído em
por um grupo terc-butil ( ). - Um grupo metil (
) em . - A relação entre esses substituintes é trans (ou seja, estão em faces opostas do anel).
Passo 2
Entendendo cadeias em cadeira (noções que usamos para decidir a conformação):
- O cicloehexano em conformação cadeira tem posições axiais e equatoriais alternadas ao longo do anel. Uma sequência típica de direções axiais é: axial up em
, axial down em , axial up em , etc. Podemos anotar: - O equatorial numa dada posição tem um pequeno componente oposto ao axial dessa posição: se o axial é up, o equatorial tem componente down (e vice‑versa). Consequência prática: em posições ímpares, as equatoriais apontam (componente) para baixo; em posições pares, as equatoriais apontam para cima.
- Para dois substituintes nas posições
e (ambas ímpares), se ambos estiverem em posição equatorial terão o mesmo “lado” (ambos com componente para baixo) — ou seja, seriam cis. Portanto, uma disposição trans-1,3 NÃO permite que ambos sejam equatoriais ao mesmo tempo: em qualquer cadeira um estará axial e o outro equatorial.
Passo 3
Regra de estabilidade (por que escolhemos uma conformação em vez da outra):
- Grupos volumosos preferem a posição equatorial para minimizar interações 1,3-diaxiais. A “penalidade” energética de deixar um substituinte em axial é quantificada por seu A‑value (valor A). Valores típicos aproximados:
- tert‑butil:
(muito alto — ou seja, fortemente favorece equatorial) - metil:
(menor penalidade axial)
- tert‑butil:
- Interpretação: colocar um terc‑butil axial custa cerca de . Em termos práticos, é quase sempre preferível colocar o grupo mais volumoso (tert‑butil) em equatorial, mesmo que isso force o grupo menor a ficar axial.)
Passo 4
Comparação direta entre as duas possibilidades (as duas cadeias relacionadas por flip):
- Conformação A (mais conveniente intuitivamente):
em equatorial em e em axial em . Penalidade axial total aproximada: (apenas o metil está axial). - Conformação B (cadeia oposta por flip):
axial em e equatorial em . Penalidade axial total aproximada: (apenas o terc‑butil está axial). - Diferença de energia aproximada:
. Assim, a Conformação A é mais estável por aproximadamente — uma diferença significativa que garante que a conformação com o terc‑butil equatorial seja a predominante.
Passo 5
Descrição prática da conformação mais estável (como representá‑la ao desenhar):
- Desenhe a conformação cadeira do ciclohexano.
- Em
: coloque o grupo terc‑butil ( ) na posição equatorial. (Na cadeira padrão onde axial em é up, a equatorial em tem componente down.) - Em
: coloque o grupo metil ( ) na posição axial (essa axial terá componente up se a axial em for up), de modo que a relação entre os substituintes seja trans (um para cima, outro para baixo). - Todos os demais hidrogênios completam as posições restants do anel.
Resposta
Conformação cadeira com o grupo terc‑butil (
) em posição equatorial em
e o grupo metil (
) em posição axial em
(disposição trans, essa conformação é ~
mais estável que a alternativa onde o terc‑butil seria axial).