Escrever as estruturas dos isômeros E-Z para os compostos abaixo. Deixe indicado também a designação cis-trans quando cabível. Examinando os casos onde ambos os sistemas são possíveis, diga se existe equivalência entre os sistemas E-Z e cis-trans.
1-cloro-3-etil-4-metil-3-hepteno.

Passo 1

O enunciado pede: escrever as estruturas isoméricas E/Z para o composto 1-cloro- 3-etil- 4-metil- 3-hepteno), e indicar a designação cis–trans quando cabível; além disso, examinar nos casos em que ambos os sistemas (E–Z e cis–trans) são possíveis se há equivalência entre eles. Informações dadas e relevantes:
  • A cadeia principal é um hepteno com dupla ligação em C_3=C_4 (ou seja, dupla em posição 3).
  • Substituintes: cloro em C_1 ( 1-cloro ), etil em C_3 ( 3-etil ), metil em C_4 ( 4-metil ).
  • Precisamos decidir prioridades (CIP) nos dois carbonos da dupla para determinar E ou Z, e verificar se cis/trans se aplica.

Passo 2

Vou escrever a conectividade da cadeia principal e posicionamento dos substituintes para ficar claro (uso a notação C_i para o i-ésimo carbono):
\mathrm{Cl}-C_1-C_2-C_3= C_4-C_5-C_6-C_7
Substituições:
  • grupo etil ligado em C_3: isso significa que C_3 tem, além de C_2 e da ligação dupla a C_4, um substituinte -CH_2CH_3;
  • grupo metil ligado em C_4: C_4 tem, além de C_3 (dupla) e C_5, um -CH_3;
  • cloro ligado em C_1: C_1 é CH_2Cl no final da cadeia.
Observação importante para a resolução: para decidir E ou Z precisamos saber qual é o substituinte de maior prioridade em cada carbono da dupla C_3 e C_4. Só depois comparamos se as prioridades maiores estão do mesmo lado (Z) ou em lados opostos (E).

Passo 3

Vou explicar, passo a passo, a regra de prioridade (Cahn–Ingold–Prelog) que usaremos:
  • Primeiro critério: comparar os átomos diretamente ligados ao centro (aqui, aos carbonos da dupla). O átomo com maior número atômico tem maior prioridade.
  • Se houver empate (por exemplo, ambos são carbonos), compara-se a lista dos átomos ligados a esse átomo (ordem decrescente de número atômico), fazendo uma comparação sequencial até desempatar.
  • No caso de ligações múltiplas, usa-se a convenção de “átomos duplicados” — não é necessário aqui porque todos os primeiros átomos são carbonos simples conectados a outros átomos.
    Exemplo simples (ilustrativo): entre um grupo -CH_3 e -CH_2Cl, o segundo tem prioridade porque ao seguir a cadeia encontra-se um átomo de cloro ( \mathrm{Cl}, Z=17), enquanto o metil só tem hidrogênios ( Z=1).

Passo 4

Aplicando CIP ao carbono C_3 (um dos carbonos da dupla):
  • Os dois grupos ligados a C_3, além de C_4, são:
    1. o grupo etil (-CH_2CH_3) — vou chamar de “Et” (átomo imediato: carbono, Z=6);
    2. o fragmento da cadeia que vai para C_2 e C_1 — vou chamar de “cadeia-para- C_1” (átomo imediato também carbono, Z=6).
  • Como os átomos imediatamente ligados são ambos carbono, há empate inicial. Montamos as listas de átomos ligados a esses carbonos (ordenadas por número atômico) para desempatar:
    • Para o carbono da cadeia-para- C_1 (que é C_2): átomos ligados a C_2 são \{C_1, C_3, H\}. Em termos de números atômicos e ordenados: \{6,6,1\}.
    • Para o carbono do etil (o CH_2 ligado a C_3): átomos ligados são \{C_{et\,2}, C_3, H\} onde C_{et\,2} é o carbono terminal do etil; em números atômicos ordenados: \{6,6,1\}.
  • Ainda empate; avançamos um nível para comparar os átomos ligados a C_1 versus os átomos ligados a C_{et\,2}:
    • C_1 (na direção da cadeia) está ligado a \{\mathrm{Cl}, H, H\} → números atômicos: \{17,1,1\}.
    • C_{et\,2} (carbono terminal do etil, um CH_3) está ligado a \{H,H,H\} \{1,1,1\}.
  • Comparando \{17,1,1\} com \{1,1,1\}, o conjunto com 17 vence. Logo, no carbono C_3 o substituinte de maior prioridade é o lado da cadeia que vai para C_2 (o lado que, por sua vez, leva a C_1 onde está o \mathrm{Cl}). Resumo:
    • Prioridade em C_3: maior = “cadeia-para- C_1” (o lado que contém o \mathrm{Cl}); menor = etil.

Passo 5

Agora aplicando CIP ao carbono C_4 (o outro átomo da dupla):
  • Os dois grupos ligados a C_4, além de C_3, são:
    1. o grupo metil (-CH_3) — átomo imediato carbono com ligações a três hidrogênios: \{H,H,H\} \{1,1,1\};
    2. o fragmento da cadeia que vai para C_5 (o restante da cadeia: C_5-C_6-C_7) — átomo imediato também carbono, mas esse carbono C_5 está ligado a outro carbono C_6 além de C_4 e H. A lista para C_5 começa \{C_6, C_4, H\} → em números atômicos ordenados \{6,6,1\}.
  • Comparando \{6,6,1\} (lado C_5) com \{1,1,1\} (metil), o lado C_5 tem maior prioridade porque contém carbono(s) enquanto o metil só tem hidrogênios além do próprio carbono.
  • Resumo:
    • Prioridade em C_4: maior = “cadeia-para- C_5”; menor = metil.

Passo 6

Com as prioridades já decididas, identificamos os dois grupos de maior prioridade em cada carbono da dupla:
  • No C_3: grupo de maior prioridade = “lado da cadeia para C_2 (que leva a C_1 com \mathrm{Cl})”.
  • No C_4: grupo de maior prioridade = "lado da cadeia para C_5".
    Definições de E e Z (explicação didática):
  • \mathrm{Z} (do alemão zusammen = junto): os dois grupos de maior prioridade ficam do mesmo lado da dupla;
  • \mathrm{E} (entgegen = oposto): os dois grupos de maior prioridade ficam em lados opostos da dupla.
Então os dois isômeros possíveis são:
  • Isômero \mathrm{Z}: o grupo “cadeia-para- C_2 (com \mathrm{Cl} em C_1)” e o grupo “cadeia-para- C_5” estão do mesmo lado da dupla; os substituintes de menor prioridade (etil em C_3 e metil em C_4) ficam do outro lado.
  • Isômero \mathrm{E}: o grupo “cadeia-para- C_2 (com \mathrm{Cl})” e o grupo “cadeia-para- C_5” estão em lados opostos; etil e metil ficam um de cada lado também, invertidos em relação ao Z.

Passo 7

Comentário sobre a nomenclatura cis–trans e equivalência com E–Z:
  • A designação cis–trans clássica é aplicável de maneira simples quando cada carbono da dupla tem um hidrogênio (isto é, quando em cada carbono da dupla existe exatamente um hidrogênio e um grupo substituinte). Nesse caso, “cis” = os dois hidrogênios (ou dois grupos idênticos) no mesmo lado, “trans” = em lados opostos.
  • No nosso composto, tanto C_3 quanto C_4 NÃO têm hidrogênios (cada um está ligado a três carbonos: C_3 a C_2,\;C_4, e etil; C_4 a C_3,\;C_5, e metil). Portanto a nomenclatura cis–trans clássica NÃO é aplicável aqui.
  • Regra prática sobre equivalência: quando a situação permite usar cis/trans (cada carbono da dupla com um H), então
    • \mathrm{Z} equivale a “cis” e \mathrm{E} equivale a “trans” desde que as comparações de prioridade deem que os dois maiores substituintes são exatamente os hidrogênios (ou a situação clássica). Em outras situações (sem H na dupla, ou grupos complexos), só o sistema E/Z é universal e não se deve empregar cis/trans.

Passo 8

Resumo final conciso (nomes dos isômeros e observações):
  • Existem dois estereoisômeros geométricos: (E)- 1-cloro- 3-etil- 4-metil- 3-hepteno e (Z)- 1-cloro- 3-etil- 4-metil- 3-hepteno, definidos conforme explicado (prioridade em C_3: lado para C_2 com \mathrm{Cl}; prioridade em C_4: lado para C_5).
  • Designação cis–trans: não aplicável ao composto (nenhum dos carbonos da dupla possui H).
  • Equivalência E–Z vs cis–trans: quando ambos os sistemas são aplicáveis (cada carbono da dupla tem um H), Z corresponde a cis e E a trans; caso contrário, apenas E/Z é adequado.

Resposta

(E)- 1-cloro- 3-etil- 4-metil- 3-hepteno
(Z)- 1-cloro- 3-etil- 4-metil- 3-hepteno
Designação cis–trans: não aplicável (nenhum dos carbonos da dupla possui H).
Equivalência E–Z vs cis–trans: quando aplicável (cada carbono da dupla tem um H), Z ≡ cis e E ≡ trans; caso contrário usar somente E/Z.

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