PROBLEMA 4.12 Desenhe duas conformações em cadeira diferentes para o ciclohexanol (hidroxiciclohexano), representando todos os átomos de hidrogênio. Identifique cada posição como axial ou equatorial.
Passo 1
O enunciado pede que eu desenhe duas conformações em cadeira diferentes para o ciclohexanol (hidroxiciclohexano) e que eu represente todos os átomos de hidrogênio, identificando cada posição como axial ou equatorial.
Informações relevantes que o enunciado dá (ou que são óbvias para o composto):
Informações relevantes que o enunciado dá (ou que são óbvias para o composto):
- A fórmula do composto é
(ciclohexanol). - Temos um anel de seis carbonos numeráveis
a . - Um dos carbonos (vou chamar de
) está substituído por ; esse carbono é um (tem 1 átomo de ligado) enquanto os outros cinco são (cada um com 2 ). - Preciso desenhar duas cadeiras distintas: uma com o substituinte
em posição axial e outra com em posição equatorial (essas são as duas conformações típicas a comparar). - É mandatório mostrar todos os hidrogênios ligados aos carbonos e também o hidrogênio do grupo
.
A partir daqui eu vou explicar passo a passo como desenhar cada conformação, como identificar axial/equatorial e listar explicitamente onde fica cada hidrogênio (orientação para cima/para baixo) para que você possa reproduzir o desenho à mão na prova.
Passo 2
Como desenhar uma cadeira básica (truque prático que dá certo na prova):
- Desenhe um losango achatado, com a aresta direita inclinada para baixo e a aresta esquerda inclinada para cima (isso é só uma orientação).
- Transforme esse losango em uma cadeira: desenhe um “assento” inclinado para cima à esquerda e outro inclinado para baixo à direita. Um jeito simples: faça um trapézio inclinado à esquerda (representa os dois átomos superiores) e um trapézio espelhado à direita (para os dois átomos inferiores), juntando os vértices. Se você já fez isso antes, vai reconhecer a forma típica da cadeira.
- Numere os vértices do anel de
a no sentido horário ou anti-horário (use um esquema consistente). Vou numerar no sentido horário, começando pelo vértice superior esquerdo como . - Lembre que na cadeira cada carbono tem duas ligações para hidrogênios substituintes: uma axial (paralela ao eixo do anel, ou seja, literalmente “para cima” ou “para baixo” em relação ao plano geral) e uma equatorial (aproximadamente ao redor do meio do anel, inclinada lateralmente). Para desenhar à mão, coloque um pequeno traço vertical para os axiais (
ou ) e um traço inclinado para os equatoriais.
Eu sei que é tentador pular essa parte, mas na prova desenhar a cadeira com confiança já te dá metade da resposta. Agora vamos à regra prática de como alternam axial/equatorial.
Passo 3
Regra-chave sobre orientação axial/equatorial (a “lei de alternância”):
- Os vectores axiais alternam de cima/baixo ao redor do anel. Ou seja, se em
o axial está para cima ( ), então em o axial estará para baixo ( ), em para cima, e assim por diante. - Os vectores equatoriais têm a orientação oposta localmente: no mesmo carbono em que o axial é para cima, o equatorial é inclinado para baixo e vice-versa.
- Quando você faz o “ring flip” (a outra cadeira), todo axial vira equatorial e todo equatorial vira axial (e as direções para cima/baixo alternam de acordo).
Isso significa que se escolhermos uma cadeira onde o axial em
é
, então os axiais ao redor serão:
,
,
,
,
,
. Os equatoriais serão o oposto em cada carbono.
Passo 4
Desenho e descrição da Conformação A —
em posição axial (vou escolher axial para cima em
):
- Escolha a cadeira onde o axial em
é (para cima). Portanto os axiais seguindo o anel serão: -
- No carbono substituído
: em ciclohexanol é um . Se colocamos axial para cima, então o único hidrogênio ligado a será a posição equatorial (ou seja, o de é equatorial e estará apontando para baixo/ligado obliquamente). Escrevendo claramente: tem e . Não esqueça de desenhar também o hidrogênio do grupo ligado ao oxigênio (esse do não é classificado como axial/equatorial do anel; é simplesmente o do grupo hidroxila). - Para cada um dos outros carbonos (
a ), são : cada um tem um hidrogênio axial e um hidrogênio equatorial. Use a alternância indicada para posicioná-los: por exemplo, terá apontando e apontando (inclinadamente), e assim por diante. Vou listar explicitamente a orientação de cada ligado aos carbonos para evitar dúvidas — isso te permite desenhar exatamente os 11 hidrogênios ligados a carbonos: -
: ; -
: ; -
: ; -
: ; -
: ; -
: ;
-
- Desenho prático à mão (resumindo como você posiciona no papel): para cada carbono desenhe um traço vertical curto para o axial (com a seta
ou ) e um traço inclinado para o equatorial (apontando para fora do anel). Em substitua o traço axial por um traço com (e desenhe o do , se o enunciado pedir todos os hidrogênios).
Comentário final desta conformação: este é o conformero com
em axial; em geral é menos estável que o equatorial por efeitos estéricos/1,3-diaxial, que vou explicar no próximo passo.
Passo 5
Desenho e descrição da Conformação B —
em posição equatorial (a outra cadeira):
- A outra conformação de cadeira (a que se obtém por ring flip) inverte axial ⇄ equatorial. Vou escolher a cadeira onde a
em fica equatorial apontando “para fora” e ligeiramente para cima. Nesse caso o axial em será . Portanto os axiais ao redor serão (invertendo as setas do Passo 4): -
- Em
(agora um com ) teremos: (inclinada, apontando aproximadamente para cima/fora) e o hidrogênio de será axial para baixo: . Escrevendo: : ; . - Novamente, liste as orientações de todos os hidrogênios para facilitar o desenho dos 11 hidrogênios ligados aos carbonos:
-
: ; -
: ; -
: ; -
: ; -
: ; -
: ;
-
- Desenho prático à mão: ao desenhar esta cadeira, em
desenhe o equatorial como um traço inclinado para fora com (e desenhe o do ligado ao oxigênio). O hidrogênio do carbono será o axial apontando para baixo. Os demais carbonos mostre os dois (um axial, um equatorial) conforme a lista acima.
Passo 6
Explicação didática sobre axial vs equatorial e estabilidade (útil para a prova):
- Axial: são perpendiculares ao “plano médio” do anel (para cima/baixo). Na cadeira, há 3 axiais para cima e 3 axiais para baixo.
- Equatorial: saem ao redor do anel, aproximadamente tangenciais; são geralmente mais espaçados entre si.
- Por que é importante? Grupos volumosos preferem a posição equatorial porque ela reduz interações desfavoráveis chamadas interações 1,3-diaxiais (ou 1,3-diaxial steric interactions). No caso do
(que não é extremamente volumoso), o conformero com equatorial costuma ser mais estável que o axial por essas razões e por melhores interações de solvatacão/hidrogênio quando aplicável. - Regra prática para a prova: desenhe sempre as duas conformações (axial e equatorial) para qualquer substituído em ciclohexano; marque todos os
(um tem 1H, tem 2H) e indique axial/equatorial; depois argumente qualitativamente qual conformação é mais estável (a equatorial normalmente). Isso pontua bem.
Resposta
Conformação 1 (cadeia A):
axial em
(
);
;
;
;
;
;
.
Conformação 2 (cadeia B): equatorial em
(
);
;
;
;
;
;
.
Conformação 2 (cadeia B):