Escreva: a) as fórmulas estruturais das duas conformações em cadeira do cis-1-isopropil-4-metilcicloexano;
b) As duas conformações são equivalentes? Por quê?
c) Qual a conformação mais estável?
b) As duas conformações são equivalentes? Por quê?
c) Qual a conformação mais estável?
Passo 1
O enunciado pede três coisas sobre o composto cis-1-isopropil-4-metilcicloexano:
- (a) escrever as fórmulas estruturais (descrever) das duas conformações em cadeira possíveis desse composto;
- (b) dizer se as duas conformações são equivalentes e justificar;
- (c) indicar qual conformação é mais estável e justificar essa escolha.
Informações dadas:
- Trata-se de cis-
-isopropil- -metilciclohexano, ou seja, há um isopropil ligado ao átomo de carbono e um metil ligado ao átomo de carbono , e as duas substituições são cis (estão no mesmo “lado” da face do anel).
Passo 2
Vamos entender algumas regras gerais (aulas rápidas e necessárias antes de escrever as conformações):
- Cada carbono do ciclohexano em cadeira tem duas posições possíveis para um substituinte: axial (para cima ou para baixo, alternando ao longo do anel) e equatorial (aproximadamente ao redor do “equador” do anel, também com uma inclinação que pode ser para cima ou para baixo conforme o carbono).
- “Cis” significa que os dois substituintes estão do mesmo lado do anel: ambos “para cima” ou ambos “para baixo” (mesma face). Podemos escolher “ambos para cima” para desenhar as conformações; as versões “ambos para baixo” são imagens especulares e energeticamente equivalentes no mesmo par de conformações.
- O ring-flip (inversão de cadeira) troca posições axiais por equatoriais e vice-versa para cada carbono. Assim, uma conformação em que um grupo está axial passa, após ring-flip, a ter esse mesmo grupo equatorial (e o outro grupo também troca axial ↔ equatorial).
Passo 3
Conseqüência prática para o nosso caso cis-
:
- Como os carbonos
e estão em posições opostas no anel (análogos a “para” no anel), e como axial/axial em e têm orientações opostas (se axial é para cima, axial será para baixo), não é possível ter ambos os grupos axiais e ainda serem cis. Portanto, numa conformação cis- um substituinte estará axial e o outro equatorial (mas ambos na mesma face: ambos “up” ou ambos “down”).
Passo 4
Agora descrevo explicitamente as duas conformações em cadeira (essas duas são interconvertíveis por ring-flip):
-
Conformação A (uma das cadeias, ambos na face “up”):
- Em
: isopropil — posição axial (para cima). - Em
: metil — posição equatorial (para cima).
- Em
-
Conformação B (a outra cadeira, ring-flip da anterior; ainda cis):
- Em
: isopropil — posição equatorial (agora na mesma face relativa, “up” ou “down” dependendo de como desenhamos). - Em
: metil — posição axial.
- Em
Observação didática: eu escolhi descrever “ambos para cima” para manter a ideia de cis clara. A outra possibilidade “ambos para baixo” dá as mesmas duas conformações espelhadas; não gera novos estados energéticos independentes além desses dois.
Passo 5
Agora explico por que essas duas conformações não têm necessariamente a mesma energia (ou seja, se são equivalentes ou não):
- “Equivalente” entre conformações quer dizer: mesmas energias e mesmas interações estéricas.
- Se os dois substituintes fossem idênticos (por ex. dois metils), as duas conformações seriam energeticamente equivalentes: ao fazer ring-flip você só troca os papéis dos dois grupos idênticos.
- No nosso caso os substituintes são diferentes: isopropil é significativamente mais volumoso que metil. O efeito energético chave é a interação 1,3-diaxial: um substituinte axial grande sofre interferência estérica com os hidrogênios axiais dos carbonos afastados (
e ), aumentando a energia. - Portanto, numa conformação onde o isopropil está axial haverá perdas energéticas maiores (muito mais 1,3-diaxial) do que quando o isopropil estiver equatorial. Como as duas conformações diferem quanto a qual grupo está axial, elas têm energias diferentes.
- Conclusão (resposta à parte b): as duas conformações NÃO são equivalentes porque os substituintes têm tamanhos diferentes e, consequentemente, geram diferentes interações estéricas quando estão em posição axial.
Passo 6
Qual é a conformação mais estável e por quê (resposta à parte c), com explicação passo a passo e didática:
- Regra prática: grupos maiores preferem a posição equatorial para minimizar interações estéricas (especialmente 1,3-diaxial). O isopropil é maior que o metil, então o isopropil prefere fortemente ficar equatorial.
- Compare as duas conformações que escrevemos:
- Conformação A: isopropil axial, metil equatorial → aqui o isopropil axial causa forte 1,3-diaxial (muito desfavorável).
- Conformação B: isopropil equatorial, metil axial → aqui o isopropil evita 1,3-diaxial (favorável), enquanto o metil axial sofre uma penalidade menor (metil é pequeno).
- Logo, a conformação mais estável é a que coloca o isopropil em posição equatorial e o metil em posição axial (ou seja, a Conformação B, conforme minha descrição).
- Intuição final: sempre colocar o maior substituinte em equatorial reduz estresse estérico e baixa a energia da conformação.
Resposta
(a) Conformação 1:
— isopropil (axial, mesma face);
— metil (equatorial, mesma face).
Conformação 2: — isopropil (equatorial, mesma face);
— metil (axial, mesma face).
Conformação 2:
(b) Não — as duas conformações não são equivalentes, porque os substituintes têm tamanhos diferentes (isopropil é maior que metil) e, portanto, as penalidades estéricas (especialmente 1,3-diaxial) são diferentes nas duas conformações.
(c) A conformação mais estável é a que coloca o isopropil em posição equatorial (ou seja, a Conformação 2 descrita acima), porque o grupo maior em equatorial minimiza as interações estéricas 1,3-diaxial.