Questão 3 ( \mathbf{2 , 0} pontos).
Desenhe as conformações em cadeira do cis-1-isopropil-4-metilcicloexano. Indique qual delas é a mais estável.

Passo 1

O enunciado pede: desenhar as conformações em cadeira do cis-1-isopropil-4-metilcicloexano e indicar qual delas é a mais estável. Informações dadas e relevantes: \mathrm{C}_1 tem o substituinte isopropil (i-Pr), \mathrm{C}_4 tem o substituinte metil (Me), e a relação entre eles é cis (ou seja, ambos no mesmo “lado” ou mesma face do anel). Não há outras restrições no enunciado.

Passo 2

Pequena aula sobre cadeias e posições axial/equatorial (passo-a-passo e sem linguajar técnico desnecessário):
  • Na conformação em cadeira do ciclohexano cada carbono tem dois tipos de ligações para cima/fora: axial (paralelo ao eixo do anel) e equatorial (para fora, aproximadamente no plano tangencial).
  • Os axiais se alternam em direção up/down ao longo do anel: por uma convenção comum, em uma cadeira dada o axial em \mathrm{C}_1 é para cima (up), em \mathrm{C}_2 é para baixo (down), em \mathrm{C}_3 para cima, em \mathrm{C}_4 para baixo, etc. Isso significa que o axial em \mathrm{C}_1 e o axial em \mathrm{C}_4 apontam para faces opostas (um up, outro down).
  • O equatorial em cada carbono aponta aproximadamente na direção oposta ao axial daquele mesmo carbono (se axial em \mathrm{C}_1 é up, o equatorial em \mathrm{C}_1 fica “para fora” e tem componente para baixo).
  • Consequência importante para este problema: como \mathrm{C}_1 e \mathrm{C}_4 têm axiais de sentidos opostos, um par de substituintes cis (mesma face) em \mathrm{C}_1 e \mathrm{C}_4 não pode ser simultaneamente diaxial nem simultaneamente diequatorial numa mesma cadeira. Em cada cadeira cis-1,4 você terá um substituinte axial e outro equatorial. Ao fazer o flip da cadeira (troca axial ↔ equatorial em cada carbono) os papéis trocam entre os dois substituintes.

Passo 3

Desenho e descrição da Conformação A (escolho a cadeira em que ambos os substituintes estão voltados “para cima” — isto representa a estereoquímica cis):
  • Num esqueleto em cadeira, num dos desenhos coloque \mathrm{C}_1 com seu axial apontando para cima e \mathrm{C}_4 com seu axial apontando para baixo (convenção padrão).
  • Como os substituintes são cis, suponha que ambos estejam na face “up”. Então em \mathrm{C}_1 o grupamento up corresponde ao substituinte axial; em \mathrm{C}_4 o grupamento up corresponde ao substituinte equatorial (porque o axial em \mathrm{C}_4 é down).
  • Coloque, portanto: em \mathrm{C}_1 -> i-Pr axial (up); em \mathrm{C}_4 -> Me equatorial (up).
  • Observação sobre energia: um substituinte axial sofre penalidades por interações 1,3-diaxiais (com os hidrogênios axiais em \mathrm{C}_3 e \mathrm{C}_5), e quanto maior o substituinte, maior a penalidade. Aqui o i-Pr axial vai causar interações estéricas maiores do que o Me axial faria.

Passo 4

Flip da cadeira → Conformação B (a outra conformação em cadeira relacionada por intercâmbio axial↔equatorial):
  • Ao flipar a cadeira, todos os axiais viram equatoriais e vice‑versa. Mantendo a mesma estereoquímica cis (mesma face para os dois substituintes), os dois grupos continuam ambos “up”, mas trocam se um era axial e o outro equatorial.
  • Logo, na Conformação B teremos: em \mathrm{C}_1 -> i-Pr equatorial; em \mathrm{C}_4 -> Me axial. (Note que a identidade de quem é axial/ equatorial intercambia em relação à Conformação A.)
  • Em termos de desenho: pegue a cadeira do Passo 3 e inverta a cadeira (desenho espelho do assento) — o i-Pr passa a apontar equatorial para fora e o Me passa a ficar axial.

Passo 5

Comparação de estabilidade e conclusão didática:
  • Princípio chave: grupos volumosos preferem a posição equatorial porque ela minimiza interações estéricas (especialmente 1,3-diaxiais) — portanto “equatorial é melhor para grupos grandes”.
  • Entre i-Pr e Me, o isopropil é o maior e causa mais estorvo se estiver axial. Assim a conformação em que o i-Pr está equatorial é energeticamente mais favorável.
  • Aplicando ao nosso caso: Conformação A tem i-Pr axial (mais penalisada) e Me equatorial (menos penalisado). Conformação B tem i-Pr equatorial (favorável) e Me axial (penalidade menor, pois Me é pequeno). Logo Conformação B é a mais estável.
  • Se quiser um número aproximado para intuir: a penalidade axial do metil é da ordem de \sim 1{,}7 kcal·mol⁻¹ e a do isopropil é maior (alguns valores tabelados perto de \sim 2{,}1 kcal·mol⁻¹), então trocar i-Pr de axial para equatorial reduz mais energia do que aumentar um pouco a penalidade do metil ao ficar axial — resultado líquido: Conformação B mais baixa em energia.

Resposta

Conformação A: \mathrm{C}_1 = i-Pr axial (up); \mathrm{C}_4 = Me equatorial (up).\nConformação B (flip): \mathrm{C}_1 = i-Pr equatorial; \mathrm{C}_4 = Me axial.\nMais estável: Conformação B (aquela em que o isopropil está em posição equatorial).

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