6- Faça a análise conformacional (usando a representação de Newman) do composto 2-metilpentano em torno da ligação entre os carbonos C3-C4 e apresente o diagrama de energia. (2 pontos)
Passo 1
O enunciado pede: fazer a análise conformacional (usando projeção de Newman) do composto 2‑metilpentano em torno da ligação entre os carbonos
–
e apresentar o diagrama de energia.
Informações dadas e necessárias (listadas claramente):
Informações dadas e necessárias (listadas claramente):
- O composto é 2‑metilpentano (cadeia pentana com um metil ligado ao carbono 2).
- Devemos olhar a rotação em torno da ligação
– . - Resultado pedido: projeções de Newman que mostrem as conformações relevantes e um diagrama de energia (energia ao longo da rotação 0°–360°).
Passo 2
Identificar os grupos ligados a
e
— isso é crucial para desenhar Newman.
- A cadeia pentana numerada é:
- - - - . Em há um metil substituinte. - Portanto:
-
é um grupo e está ligado a: (o lado que leva o metil em ) e a dois . -
é um ligado a: (metil terminal) e a dois .
-
- Conclusão importante: olhando pela ligação
→ , o substituinte “grande” do lado de é o grupo vindo de . Esse grupo em é um grupo do tipo isopropilido quando visto a partir de , porque é ligado a dois metis ( ). Do lado de o substituinte “grande” é o metil terminal ( , um ). - Resumo: frente (
) → substituintes: isopropil (grande) + + . fundo ( ) → substituintes: methyl ( ) + + .
Passo 3
Breve aula: como fazer projeção de Newman (passo a passo, sem pular etapas)
- A projeção de Newman representa a ligação
– olhando ao longo do eixo da ligação: o carbono da frente (mais próximo do observador) é , o carbono de trás é . - No desenho:
- O carbono da frente (
) é representado por um ponto ou pequeno círculo com três ramos saindo a (posições “frente”). - O carbono de trás (
) é representado por um círculo maior atrás com três ramos também a , mas deslocados para representar a conformação staggered (se for staggered).
- O carbono da frente (
- Para cada rotação de
obtém‑se uma nova conformação (há 6 conformações distintas em 360°: 3 staggered (mínimos locais) e 3 eclipsed (máximos locais)). - Conceitos de energia:
- Staggered (desfasado): geralmente é mais estável porque reduz tensão torsional (menor sobreposição eletrônica direta entre ligações).
- Eclipsed: menos estável por tensão torsional; se dois grupos volumosos se eclipsam, custa energia extra (repulsão estérica).
- Gauche: em staggered, se dois grupos volumosos ficam a
(gauche), há uma penalidade estérica moderada; se ficam a (anti) é a melhor situação estérica entre si.
Passo 4
Escolher uma convenção de ângulo e identificar as conformações relevantes
- Defino o ângulo diedro
como o ângulo entre o substituinte isopropil no (frente) e o substituinte metil no (fundo), medido do grupo do frente para o grupo do fundo no sentido positivo até 360°. - Com essa definição:
- Quando
: isopropil e metil estão anti (opostos) → conformação staggered e normalmente a mais estável (menor energia). - Quando
ou (ou ): isopropil e metil estão em posição gauche → conformações staggered, mas com energia maior que a anti por causa da interação estérica isopropil–metil. - Quando
: isopropil e metil eclipsam-se → conformação eclipsed com forte penalidade energética (máximo mais alto). - Existem mais duas conformações eclipsed a cada +120° (
e ), correspondendo a outras combinações de eclipses (isopropil‑H, H‑H, etc.).
- Quando
Passo 5
Desenhar (descrever) as projeções de Newman para as três conformações staggered (detalhe didático)
- Staggered (anti,
) — desenho mental / descrição: - Frente (
): colocamos o grupo isopropil apontando para cima (posição às 12h) e dois às 4h e 8h. - Fundo (
): colocado de forma desfasada 60° para que o metil fique exatamente embaixo da visão (6h), e os dois em 10h e 2h. - Resultado: isopropil e metil estão em oposição (anti) → melhor acomodação estérica.
- Frente (
- Staggered (gauche,
) — descrição: - Frente: isopropil às 12h; Fundo: metil às 2h (isto coloca isopropil e metil a
→ gauche). - Há interação estérica isopropil–metil (gauche), portanto energia maior que anti.
- Frente: isopropil às 12h; Fundo: metil às 2h (isto coloca isopropil e metil a
- Staggered (gauche,
ou ) — descrição: - Frente: isopropil às 12h; Fundo: metil às 10h (isopropil–metil a
no outro lado) → energia igual (ou praticamente igual) à outra gauche.
- Frente: isopropil às 12h; Fundo: metil às 10h (isopropil–metil a
- Observação: as duas conformações gauche são enantioméricas? Não — aqui são conformações diferentes mas energeticamente equivalentes (simetria local), portanto têm a mesma energia aproximada.
Passo 6
Analisar os eclipsados (os máximos) e explicar por que alguns máximos são mais altos que outros
- Eclipsed em
: isopropil (frente) eclipsa metil (fundo) diretamente. Essa é a situação mais penalizada porque envolve o encontro de dois grupos volumosos ao se sobreporem — energia máxima mais alta. - Eclipsed em
(e ): aqui as sobreposições são do tipo isopropil–H (ou metil–H) e H–H. Essas têm penalidade menor que isopropil–metil; entre elas, a combinação com H–H é a menor penalidade e a combinação H–CH3 é intermediária. - Portanto ordem das alturas dos máximos (do maior para o menor):
- Eclipsed isopropil // metil (máximo global)
- Eclipsed isopropil // H e eclipsed metil // H (intermediários)
- Eclipsed H // H (menor máximo entre eclipsados)
- Conclusão: ao rodar, a energia oscila com três picos: pico maior quando isopropil eclipsa metil e picos menores quando ocorrem eclipses envolvendo hidrogênios.
Passo 7
Construir o diagrama de energia qualitativo (descrição do gráfico)
- Eixo horizontal: rotação
de a . - Eixo vertical: energia relativa
. - Padrão típico ao longo da rotação (começando em
): -
: pico máximo (isopropil eclipsa metil). -
: mínimo local (staggered, conformação gauche). -
: pico médio (eclipsed; inclui eclipses como isopropil–H ou H–H conforme a posição). -
: mínimo global (staggered anti: isopropil anti a metil). -
: pico médio (outro eclipsed). -
: mínimo local (staggered, outro gauche). -
: volta ao pico máximo inicial.
-
- Assim o diagrama tem três vales (dois iguais gauche e um anti mais profundo) e três picos (um máximo maior e dois picos menores).
Passo 8
Explicar numericamente, de forma aproximada, como estimar diferenças de energia (para quem quer números rápidos na prova)
- Podemos estimar qualitativamente por somatório das penalidades de eclipsamento e penalidades gauche (valores típicos conhecidos para substituintes orgânicos):
- Penalidade de eclipsamento típica:
, , . - Penalidade gauche típica para pares volumosos (por ex.
em butano) .
- Penalidade de eclipsamento típica:
- Aplicando isso qualitativamente aqui:
- Anti (
): referência . - Gauches (
): cada um tem uma penalidade devido à interação gauche isopropil–metil; estimativa qualitativa: acima do anti (depende do tamanho efetivo do isopropil). - Eclipsed isopropil//metil (
): soma de penalidades grande (algo como ou mais; é o pico global). - Outros eclipsados (isopropil//H, metil//H, H//H): picos menores, tipicamente entre
e dependendo da combinação.
- Anti (
- Observação empática: não precisa decorar números exatos; na prova, o importante é ordenar corretamente (anti < gauche < eclipsed, com o maior pico quando os maiores grupos eclipsam).
Passo 9
Resumo prático para a prova — o que desenhar e o que dizer (passo a passo que você copia)
- Desenhe a projeção de Newman olhando do
para o . - Marque no desenho os substituintes: no frente (
): isopropil (grande) e dois ; no fundo ( ): metil ( ) e dois . - Desenhe e rotule as três conformações staggered:
(gauche), (anti — mínimo global), (gauche). - Desenhe e rotule as três conformações eclipsed:
(isopropil eclipsa metil — máximo global), e (picos menores: combinações de isopropil–H, metil–H, H–H). - Desenhe o diagrama de energia qualitativo com os três vales (vales em 60°, 180°, 300°; o mais baixo em 180°) e três picos (pico maior em 0°).
Resposta
Mínimo global: conformação staggered com
(isopropil anti a metil) — energia mais baixa.
Mínimos locais: conformações staggered com e
(isopropil e metil em posição gauche) — energia intermediária, iguais entre si.
Máximo global: conformação eclipsed com (isopropil eclipsa metil) — maior energia.
Máximos locais: conformações eclipsed em e
(eclipses envolvendo isopropil–H, metil–H, H–H) — picos menores que o máximo global.
Mínimos locais: conformações staggered com
Máximo global: conformação eclipsed com
Máximos locais: conformações eclipsed em