7.Para o 2-metilbutano, represente em projeção de Newman todas as conformações possíveis ao longo da ligação C2-C3. Identifique as conformações gauche e anti em relação ao grupo metila.
Passo 1
O enunciado pede que eu represente, em projeção de Newman, todas as conformações possíveis ao longo da ligação
–
do 2‑metilbutano e que identifique quais dessas conformações são gauche e quais são anti em relação ao grupo metila.
Informações e dados que o enunciado me dá (e que vou usar explicitamente):
Informações e dados que o enunciado me dá (e que vou usar explicitamente):
- A molécula é o 2‑metilbutano, fórmula estrutural linear simplificada:
. - A ligação rota‑vel a ser analisada é entre
e . Vou olhar no sentido → (projeção de Newman com na frente e atrás). - Os substituintes ligados ao
(carbono da frente) são: um , um grupo que é o metila substituinte (vou chamar de ) e o grupo que vem de (vou chamar de ). Portanto na frente há dois metilas e um hidrogênio. - Os substituintes ligados ao
(carbono de trás) são: dois e um grupo (etila, vou chamar de ). Portanto atrás há um etila e duas hidrogênios. - O que preciso identificar: entre todas as conformações (staggered e eclipsed, variando a rotação em passos de
), quais posições colocam o em posição gauche ou anti em relação ao grupo metila final do lado de trás (ou seja, em relação ao terminal do , que é o de ). Vou considerar aqui “gauche” = dihedral de entre os grupos grandes (metilas) e “anti” = dihedral de .
Passo 2
Breve aula sobre projeção de Newman, ângulo diedro e definições (sem pular etapas):
- Projeção de Newman: olhamos ao longo da ligação
– . O carbono da frente ( ) é desenhado como um ponto/círculo pequeno e seus três substituintes partem desse ponto em ângulos de . O carbono de trás ( ) é desenhado como um círculo maior atrás; seus três substituintes também estão separados por , mas aparecem “entre” os grupos da frente quando a conformação está staggered. - Ângulo diedro (dihedral): é o ângulo entre um substituinte do carbono frontal e um substituinte do carbono traseiro quando projetados; por convenção medimos no intervalo
a . Para rotações em simples ligações C–C, conformações de energia mínima (staggered) ocorrem quando os substituintes de trás ficam entre os de frente (diferença de entre as posições), e conformações de energia máxima (eclipsed) ocorrem quando substituintes de trás ficam diretamente alinhados atrás dos de frente. - Definições úteis:
- Gauche: quando dois substituintes volumosos têm uma separação diedral de aproximadamente
. É uma interação relativamente desfavorável (estéreo) comparada ao anti, mas ainda é uma conformação staggered. - Anti: quando os dois substituintes volumosos estão separados por
(opostos); é normalmente a conformação staggered de menor energia entre dois grupos grandes.
- Gauche: quando dois substituintes volumosos têm uma separação diedral de aproximadamente
- No caso do 2‑metilbutano, o par “grandes” que nos interessa é
(o metila ligado a ) e o metila terminal do (o de ); portanto vou acompanhar o ângulo diedro entre esses dois.
Passo 3
Organização prática dos rótulos para fazer as projeções de Newman sem desenho gráfico:
- Vou rotular os substituintes do carbono da frente (
) como: -
= metila ligada a (o substituinte que dá o nome 2‑metil), -
= grupo ligado a através de , -
= hidrogênio no .
Esses três ficam separados porna frente; escolho uma disposição de referência (convencionável) com: -
em posição frontal a , -
em , -
em .
-
- Para o carbono de trás (
), rótulos: -
= grupo (vou considerar a extremidade metílica desse etil como o metila “de interesse” para a definição gauche/anti), -
e = os dois hidrogênios em .
Na conformação staggered, os grupos de trás estarão entre os grupos da frente, ou seja estarão deslocadosà frente em relação à posição da frente. Assim, nas posições angulares de trás (em relação à minha referência frontal), os três lugares possíveis (nas staggered) para seriam , ou . Essas três posições geram as três conformações staggered distintas (pois os dois H atrás são indistinguíveis entre si em termos de identificação).
-
Passo 4
Construção explícita das conformações staggered (mínimos): vou enumerar as três staggered distintas e dizer a separação diedral entre
e o
terminal do
.
- Convenção dada:
(frente) está em . Em staggered, os substituintes de trás ficam em , e . - Staggered A:
em . - Aqui
(e, portanto, o metila terminal de ) está exatamente oposto a . A separação diedral entre e o metila terminal do é . - Conclusão: esta conformação é a conformação anti entre os dois metilas (menor interação estérica entre eles).
- Aqui
- Staggered B:
em . - Aqui a separação diedral entre
(em ) e o é . - Conclusão: esta conformação é uma conformação gauche (um dos dois possíveis gauche).
- Aqui a separação diedral entre
- Staggered C:
em (equivalente a ). - Aqui a separação diedral entre
e é ou, tomando o valor mínimo em módulo, (na outra direção). - Conclusão: esta conformação é a outra conformação gauche (a segunda conformação gauche).
- Aqui a separação diedral entre
Observação didática: temos exatamente uma conformação staggered anti e duas conformações staggered gauche neste sistema. Em energia, normalmente anti < gauche (gauche tem um pequeno aumento de energia por interação estérica entre metilas).
Passo 5
Descrição das conformações eclipsed (máximos) relevantes e por que não são chamadas de gauche/anti (só para contexto de prova):
- Entre as três staggered há outras três posições em que há eclipses (a cada rotação de
existem alternadamente staggered/eclipsed). As eclipsed ocorrem quando fica alinhado atrás de algum dos substituintes frontais: - Eclipsed 1:
eclipse (posição onde tem mesmas direções angulares que ); isto é energeticamente muito desfavorável — aqui eles estão com diedro (mas não é ‘gauche’ nem ‘anti’, é eclipse). - Eclipsed 2:
eclipse . - Eclipsed 3:
eclipse .
- Eclipsed 1:
- Essas conformações eclipsed não são chamadas de gauche ou anti porque essas definições aplicam‑se tipicamente a conformações staggered (gauche ≈
, anti ≈ ). No exame, é bom citar que existem também 3 eclipsed, sendo a que tem eclipsando a mais desfavorável energeticamente.
Passo 6
Como escreveria/representaria cada conformation em texto (útil na prova se não puder desenhar bem):
- Staggered (anti): escrevo “frente:
(0°), (120°), (240°) — trás: (180°), (60°), (300°)”. Aqui e o metila terminal do estão separados por → anti. - Staggered (gauche 1): “frente:
(0°), (120°), (240°) — trás: (60°), (180°), (300°)”. Aqui entre e → gauche. - Staggered (gauche 2): “frente:
(0°), (120°), (240°) — trás: (300°), (60°), (180°)”. Aqui (equivalente a ) → gauche.
Se tiver que desenhar no exame, basta colocar a vista frontal com os três grupos ae, para cada uma das três staggered, colocar o em uma das três posições de trás ( ).
Passo 7
Resumo pedagógico e dica para a prova (como reconhecer rápido: uma estratégia prática)
- Estratégia rápida: fixe o
na frente em 0°. Rode mentalmente o grupo de trás: quando ele aparece em é anti; quando em ou é gauche; quando em está eclipsando algo (eclipsed). Assim você gera rapidamente as 6 conformações (3 staggered importantes + 3 eclipsed intermediárias). - Motivação: normalmente o examinador quer que você identifique as 3 staggered e marque quais são os dois gauches e qual é o anti — decorando que há 1 anti e 2 gauche para esse tipo de substituição assimétrica você acerta rapidinho.
Resposta
Staggered anti:
em
em relação a
(separação diedral
).
Staggered gauche: duas conformações — em
(
) e
em
(
ou
) em relação a
.
Staggered gauche: duas conformações —