- Para o propano, represente a conformação alternada e a eclipsada considerando a ligação C1-C2. Qual delas apresenta maior energia e por quê?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) representar (descrever) a conformação alternada e a conformação eclipsada do propano olhando para a ligação
–
e (2) dizer qual delas tem maior energia e explicar o porquê.
Informações dadas (implícitas no problema): propano é a cadeia . Vamos olhar ao longo da ligação
–
(ou seja, projetar Newman com o carbono
na frente e
atrás). Não há figuras enviadas; vou descrever e justificar passo a passo.
Informações dadas (implícitas no problema): propano é a cadeia
Passo 2
Vou explicar a ferramenta principal: projeção de Newman e ângulo diedro.
- A projeção de Newman é uma forma de representar a vista ao longo de uma ligação simples entre dois carbonos. O carbono frontal (aqui
) é desenhado como um ponto/pequeno círculo à frente; o carbono traseiro (aqui ) é desenhado como um círculo maior atrás. Os ligantes do carbono frontal aparecem como três ramos saindo do ponto frontal, separados por . Os ligantes do carbono traseiro aparecem atrás, também espaçados por . - O ângulo diedro
é o ângulo de rotação entre um ligante frontal e um ligante traseiro medido ao longo da ligação – . Valores comuns: (eclipsado, ligantes alinhados), (alternado/estaggered), (alternado anti), etc.
Porquê isso importa? Porque a energia da molécula depende de como os grupos se posicionam uns em relação aos outros ao redor da ligação simples — algumas posições trazem repulsões eletrônicas e estéricas maiores (mais energia), outras são mais relaxadas (menos energia).
Passo 3
Identificando os substituintes olhando para
–
:
- No carbono frontal
temos um grupo , que visualmente aparece como três equivalentes (três H ligados ao ). Então os três ligantes frontais são . - No carbono traseiro
temos um : os três ligantes do (quando visto no Newman) são e o grupo (que é o ).
Portanto, na projeção de Newman teremos à frente: três H; atrás: dois H e um.
Passo 4
Representação e descrição da conformação alternada (staggered):
- Alternada significa que cada ligante frontal fica a
em relação aos ligantes traseiros — nada está sobreposto. - Dois casos importantes entre as alternadas: uma alternada em que o grupo
(no carbono traseiro) fica oposto (anti) ao centro do triângulo formado pelos H frontais — na prática, para o propano o caso de menor energia é o em que o grupo de está aproximadamente em em relação ao centro do grupo de (ou seja, os dois grupos metila estarão “em oposição” quando se considera a geometria). - Descrição concreta: escolha um H frontal apontando para cima; na alternada o
traseiro estará entre dois H frontais, sem sobreposição. Os ângulos relevantes são ou dependendo da rotação, mas em qualquer alternada não há eclipsamento direto entre grupos. - Por que é estável? Porque não há alinhamento direto de ligações C–H ou C–C umas sobre as outras, reduzindo a repulsão eletrônica entre ligações (menor tensão torsional) e evitando choques diretos entre núcleos/grupos.
Passo 5
Representação e descrição da conformação eclipsada:
- Eclipsada significa
(ou múltiplos de dependendo de quais pares consideramos): um ligante frontal está exatamente na direção de um ligante traseiro. - No propano, ao girar a ligação
– aparecem três eclipses sucessivos por volta de : - Uma posição em que a metila do
(representada por um de seus H na projeção) está exatamente alinhada com a metila do (isto é, o átomo central da metila frontal eclipse o grupo traseiro) — esse é o eclipse mais desfavorável porque aproxima dois grupos volumosos. Na prática esse corresponde a entre os eixos C–C que ligam as metilas. - Posições em que um
frontal eclipsa o traseiro (eclipses ). - Posições em que um
frontal eclipsa o traseiro (eclipses ).
- Uma posição em que a metila do
- Em todas as posições eclipsadas há aumento de energia porque ligações se alinham e há mais repulsão entre as nuvens eletrônicas das ligações (tensão torsional). Além disso, quando grupos volumosos (como
) ficam alinhados há também tensão estérica (choque de nuvens eletrônicas/núcleos).
Passo 6
Explicando claramente as fontes de energia (aula curtinha):
- Tensão torsional: é a energia devido ao alinhamento de ligações
que provoca repulsão entre as densidades eletrônicas dessas ligações. Quando duas ligações C–H (ou C–C) ficam eclipsadas ( ), as nuvens de elétrons ficam mais próximas e o sistema tem energia maior. É por isso que conformações eclipsadas são mais altas em energia que as alternadas. - Tensão estérica (ou repulsão estérica): ocorre quando grupos volumosos ocupam posições próximas no espaço. O encontro direto entre dois grupos volumosos aumenta fortemente a energia (mais que entre pequenos H).
- Estabilização por hiperconjugação: nas conformações alternadas há mais possibilidade de interação estabilizante entre ligações
e (efeito que torna as alternadas mais favoráveis); não precisamos aprofundar aqui, basta saber que contribui para estabilizar a alternada.
Aplicando isso ao propano: a combinação de tensão torsional (sempre presente ao eclipsar ligações) e da tensão estérica (mais forte quandoeclipsa ) determina a ordem das energias.
Passo 7
Ordem de energia e conclusão final (comparação direta):
- Conformação alternada (staggered): é a de menor energia. Especialmente a alternada em que as duas metilas (
e ) ficam aproximadamente anti ( ) é a mais estável. - Conformação eclipsada: tem maior energia. Dentro dos eclipsados, há graus diferentes: o eclipsado onde
(de ) está alinhado com (de ) é o mais desfavorável (maior energia) por combinar tensão torsional com forte interação estérica entre as duas metilas; eclipses são intermediários; eclipses são os menos desfavoráveis entre os eclipsados. - Portanto, comparando a conformação alternada típica com a eclipsada típica, a eclipsada apresenta maior energia por causa da combinação de tensão torsional (alinhamento de ligações) e, no caso mais desfavorável, tensão estérica entre as duas metilas.
Resposta
A conformação eclipsada tem maior energia. Isso ocorre porque no eclipsado as ligações ficam alinhadas (
), aumentando a tensão torsional por repulsão entre densidades eletrônicas das ligações; além disso, quando as duas metilas (
) se eclipsam há também forte repulsão estérica, tornando esse eclipsado o mais energeticamente desfavorável.