(ProfSM) Indique, dentre os compostos a seguir, aqueles que podem existir em diferentes conformações
A) Peróxido de hidrogênio, \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}
B) Amônia, \mathrm{NH}_{3}
C) Hidroxilamina, \mathrm{NH}_{2} \mathrm{OH}
D) Álcool metílico, \mathrm{CH}_{3} \mathrm{OH}

Passo 1

O enunciado pede: indicar, dentre os compostos listados, aqueles que podem existir em diferentes conformações (isto é, que têm rotâmeros resultantes de rotação em ligações simples).
Os compostos dados são:
  • A) \mathrm{H_{2}O_{2}}
  • B) \mathrm{NH_{3}}
  • C) \mathrm{NH_{2}OH}
  • D) \mathrm{CH_{3}OH}

Passo 2

O que é “conformação” de uma molécula?
  • Conformações (ou rotâmeros) são arranjos espaciais diferentes que uma mesma molécula pode adotar por rotação ao redor de ligações simples (ligações sigma), sem quebrar ligações químicas.
  • A rotação é descrita por um ângulo diedro (ou dihedral) \varphi, que mede a rotação relativa entre dois planos ligados pela ligação simples. Dois valores diferentes de \varphi dão conformações diferentes.
  • Critério prático: se houver uma ligação simples que permita rotação relativamente livre entre duas partes da molécula e essa rotação leva a arranjos energeticamente estáveis distintos (mínimos locais na energia), então a molécula pode existir em diferentes conformações.

Passo 3

Observações úteis antes de analisar cada molécula:
  • Nem toda mudança geométrica é “conformação” no sentido pedido: por exemplo, inversão de um átomo central (como o “guarda-chuva” em \mathrm{NH_{3}}) é uma mudança geométrica por passagem por uma barreira, mas não é rotação ao redor de uma ligação simples entre dois fragmentos.
  • Também é preciso verificar se a rotação em torno da ligação simples está livre o suficiente para gerar conformações separadas por barreiras apreciáveis (mesmo que baixas) — rotaxanas ou ligações duplas impedem rotação livre.

Passo 4

  • Estrutura relevante: existe uma ligação simples \mathrm{O}-\mathrm{O} unindo as duas unidades \mathrm{OH}. Logo, há um eixo em torno do qual as duas metades podem girar.
  • Defina o ângulo diedro \varphi entre os planos \mathrm{H-O-O} e \mathrm{O-O-H}. Diferentes \varphi correspondem a diferentes conformações (por exemplo: conformação “plana” versus conformação “torcida/skew”).
  • Na prática, \mathrm{H_{2}O_{2}} apresenta conformações distintas: a conformação torcida (skew, com \varphi aproximadamente \,90^\circ) é um mínimo de energia, enquanto a conformação totalmente plana (trans) é um máx./estado de transição mais alto em energia.
  • Conclusão para A: existe rotação em torno de \mathrm{O}-\mathrm{O} e há conformações energeticamente distintas. Portanto A pode existir em diferentes conformações.

Passo 5

  • Estrutura relevante: \mathrm{NH_{3}} tem ligação N–H em três direções ao redor do nitrogênio. Não existe uma ligação simples que una dois grupos volumosos diferentes para permitir rotação que gere rotâmeros distintos (não há, por exemplo, um eixo R–N–R que gire).
  • O movimento mais conhecido em \mathrm{NH_{3}} é a inversão do pirâmide (o “efeito guarda-chuva”), em que o átomo de N passa por um plano e a geometria inverte. Isso é uma passagem por uma barreira de inversão, não uma rotação ao redor de uma ligação simples entre dois grupos. Essa inversão não é usualmente chamada de “conformação” rotacional entre rotâmeros; além disso, as disposições dos hidrogênios antes e depois da inversão são equivalentes por simetria.
  • Conclusão para B: não há conformações rotacionais distintas (no sentido de rotâmeros por rotação em uma ligação simples). Portanto B não pode existir em diferentes conformações (como rotâmeros distintos).

Passo 6

  • Estrutura relevante: existe uma ligação simples \mathrm{N}-\mathrm{O} que une o fragmento amino \mathrm{NH_{2}} ao grupo hidroxila \mathrm{OH}. A rotação em torno dessa ligação \mathrm{N}-\mathrm{O} altera a orientação relativa dos hidrogênios ligados ao N e ao O.
  • Diferentes orientações são denominadas, por exemplo, conformações “syn” (onde H do \mathrm{NH_{2}} e H do \mathrm{OH} ficam próximos) ou “anti” (onde ficam mais opostos). Além disso, pode haver interação intramolecular por ligações de hidrogênio fracas que favorecem uma conformação em particular, criando mínimos de energia distintos para diferentes \varphi.
  • Portanto há claramente rotações ao redor de \mathrm{N}-\mathrm{O} que levam a conformações diferentes e detectáveis.
  • Conclusão para C: pode existir em diferentes conformações.

Passo 7

  • Estrutura relevante: existe a ligação simples \mathrm{C}-\mathrm{O} entre o grupo metila \mathrm{CH_{3}} e o grupo \mathrm{OH}. A rotação em torno de \mathrm{C}-\mathrm{O} muda a orientação relativa do átomo de hidrogênio do grupo \mathrm{OH} em relação aos três hidrogênios do grupo \mathrm{CH_{3}}.
  • Essa rotação gera conformações com diferentes ângulos diedros \varphi (por exemplo, conformações com o H do hidroxilo eclipsando ou defasando em relação a um dos H do metil), que têm energias ligeiramente diferentes (barreira pequena, mas existe). Em espectroscopia e cálculos teóricos são observadas essas conformações.
  • Conclusão para D: existe rotação em torno de \mathrm{C}-\mathrm{O} que produz conformações distintas. Portanto D pode existir em diferentes conformações.

Passo 8

  • A: rotação \mathrm{O}-\mathrm{O} → conformações distintas (sim).
  • B: apenas inversão piramidal, sem rotâmeros por rotação de ligação simples entre fragmentos → não.
  • C: rotação \mathrm{N}-\mathrm{O} → conformações distintas (sim).
  • D: rotação \mathrm{C}-\mathrm{O} → conformações distintas (sim).

Resposta

A), C) e D)

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