Análise Conformacional

Teoria Completa

Existem quatro aspectos da estrutura molecular: construção; conectividade; conformação e configuração. Os dois últimos muitas vezes são confundidos, mas vamos colocar as definições aqui para deixar tudo mais explicado.

Dois isômeros são duas moléculas diferentes, já que para um se tornar o outro, interconverter, precisa da quebra das suas ligações, isso caracteriza compostos que tem configurações diferentes. Já, uma mesma molécula pode existir em conformações diferentes, ou seja, há a interconvenção sem quebra de ligações.

A Análise conformacional é justamente a análise da variação de energia que a molécula sofre nesse interconverção apenas rotacionando suas próprias ligações.

Representações das moléculas orgânicas

Pensa aqui comigo, se as moléculas conseguem girar em torno das suas próprias ligações elas também podem assumir conformações diferentes. Para entender melhor essas mudanças existem três representações muito importantes: Fórmula em Perspectiva, Fórmula em Cavalete e Projeções de Newman.

A fórmula perspectiva usa as cunhas (esses triângulos) tracejadas ou inteiras para dizer se o ligante está no plano de trás da molécula ou no da frente, respectivamente. O cavelete é a versão da perspectiva sem essa espacialidade que as cunhas oferecem, como se todas as ligações estivessem no mesmo plano do papel. Já a projeção de Newman é um pouco diferente, mas que com a ajuda das outras duas fórmulas fica bem tranquila de desenhar.

A molécula do etano vai nos ajudar a entender os raciocínio. A ligação central é uma ligação simples C-C que pode girar. Vamos passar o etano para a fórmula de perspectiva:

Pela visão do observador, um carbono cobre o outro. O carbono da frente é sempre desenhado como um Y invertido, onde o centro é o carbono e as três pontas são os hidrogênios.

( OBS: Esse Y pode ficar de cabeça para cima dependendo da fórmula em perspectiva e de onde o observador está olhando.)

O carbono posterior será desenhado como um círculo com as três ligações C-H saindo dele.

Juntando os dois, a projeção de Newman para o etano fica assim:

Alcanos: projeção de Newman e suas conformações

Como dá para ver no exemplo acima, há um ângulo entre os hidrogênios na projeção de Newman, certo? Ao rotacionar a ligação, esses ângulos entre determinados grupos presentes no carbonos, chamados de ângulo diedro, mudam e chegamos em novas conformações para a molécula.

As conformações básicas em que os grupos podem ser arranjar em torno da ligação são: Conformação Eclipsada e Conformação Alternada/Gauche.

Entre as duas conformações a mais estável e com isso menos energética é a alternada. A molécula assume a conformação eclipsada quando está em transição entre as duas formas alternadas. Um dos fatores que torna essa conformação instável são os fatores estéreos entre os grupos que ficam sobre postos. Além disso, como as ligações estão alinhas a repulsão entre os elétrons das ligações é máxima, diferentemente da forma alternada.

IMPORTANTE: conforme os hidrogênios são substituídos por grupos alquila, a barreira rotacional aumenta.

Quando os carbonos da ligação central possuem grupos alquila em cada um, passam a existir duas possibilidades para cada tipo de conformação. Caso estejam na metade de cima ou de baixo da esfera, diz-se que estão SIN. Se estiverem em metades diferentes estão ANTI.

Além de ver em qual metade os grupos se encontram, temos que ver a posição (reto ou inclinado). Se estiverem na vertical, tanto separados quanto sobrepostos levam o complemento PERIPLANARES (II e III), caso contrário, CLINICAL (I e IV). A combinação desses termos leva a formação do segundo nome, olha o exemplo do butano:

Sabendo que as conformações eclipsadas são as transições entre as alternadas, uma gráfico de barreira de energia do butano seria o seguinte:

Esse diferença de energia gerada é conhecida como tensão torsinal que vem da presença de ligações eclipasadas na molécula. Quanto maior o número de ligações eclipsadas maior a tensão torsinal, devido a repulsão eletrônica.

Alcanos Cíclicos e suas projeções

Alguns ciclos para aliviar a tensão torsinal na estrutura, distorcem a sua forma gerando outra conformação que não a planar, mas não são todos que tem essa capacidade. De todos os alcanos cíclicos o mais importante é o cicloexano e ele é o cara quando se trata em mudar a sua conformação. A forma mais estável é a chamada conformação cadeira que não tem ligações eclipsadas e por isso é um sistema de baixa energia.

Passando para a projeção de Newman, vê-se que todas as ligações ficam alternadas entre si. Essa conformação é desenhada na forma bastão desse jeito:

O cicloexano também pode assumir outras conformações menos estáveis, essa seria a conformação bote ou barco, que torna as ligações eclipsadas e ainda possui uma interação estérea entre os hidrogênio do topo do bote.

Já que tudo nesse carinha é especial a nomenclatura também não seria diferente. As ligações, mesmo sendo com hidrogênio, na forma cadeira podem ser diferenciadas como AXIAL ou EQUATORIAL.

MACETE: A linha do Equador no globo terreste fica na horizontal, né? Então todas as ligações que estiverem na “horizontal” serão equatoriais. Aquelas que estiverem na vertical são as axiais.

Para finalizar, vamos ver os anéis dissubstituídos e ver como se nomeia em relação à isomeria geométrica cis-trans.

As outras posições também pode ter substituições mas o raciocínio segue o modelo da posição 1,2. É muito importante sempre analisar ligação por ligação e substituinte por substituinte para não cometer nenhum vacilo, beleza? 😊

HORA DE PRATICAAAAAAAAR!

Expandir

Exercício Resolvido #1

Lista de exercícios – Estereoquímica e análise conformacional.

Qual das seguintes estruturas apresenta um isômero cis?

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Passo 1

Apesar da conformação em cadeira assustar um pouco, relaxa que é tranquilo resolver essa questão.

O comando pede a letra que indica o composto cis, né? Então vamos lembrar lááá de Isomeria Cis-Trans. Para um composto ser cis, ele precisa ter os grupos de maior prioridade de cada carbono da dupla do mesmo lado do nosso plano imaginário. Tipo esse aqui!

Passo 2

Agora é pegar o conceito do cis-trans e passar para as posições equatorial e axial que são as nomenclaturas que utilizamos na conformação cadeira.

Os ligantes que estiverem no mesmo plano, serão os cis Para visualizar isso, seria legal “virar” imaginariamente a ligação com os substituintes de frente para você ou passar da conformação cadeira para a bastão.

Falando um por um:

Resposta

Letras C e D.

Exercício Resolvido #2

Lista de exercícios – Estereoquímica e análise conformacional.

Indicar se as seguintes estruturas são cis ou trans:

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Passo 1

A primeira coisa é entender qual a posição em que os bromos estão. Compara com esse modelo aqui:

E fica o seguinte passando para a estrutura bastão

Passo 2

Puxando lá da nossa memória sabemos que cis são aqueles ligantes que estão do mesmo lado do plano das ligações analisadas. Nesse caso, fica fácil entender que o dois tracinhas iguais significa que os substituintes estão do mesmo lado e com tracinhos diferente, implica que os substituintes estão em lado opostos.

Resposta

Exercício Resolvido #3

Lista de exercícios – Estereoquímica e análise conformacional.

Dê a forma gauche do 1-clorobutano considerando a ligação C1-C2.

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Passo 1

O principal é começar desenhando a estrutura do 1-clorobutano.

Depois destacar a ligação C1-C2 que a questão pede para analisar:

Passo 2

Com a molécula pronta, está na hora de lembrar como é a representação gauche (também é chamada de alternada). Nesse representação o ângulo de torção entre os grupos é de 60°, como o exemplo:

Passo 3

Para não ter nenhum erro na hora de montar a projeção de Newman, é mais garantido passar primeiro para a cavalete.

Agora para montar a projeção você precisa visualizar a molécula de frente como mostra a setinha vermelha. Fazendo isso, fica assim:

E prontinho, questão feita! 😊

Resposta

Exercício Resolvido #4

Lista de exercícios – Estereoquímica e análise conformacional.

Indicar usando a fórmula estrutural simplificada as moléculas nas conformações indicadas:

  1. Butano eclipsada
  2. Butano anti
  3. Butano gauche
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Passo 1

Vamos puxar lá da teoria o que são essas conformações: eclipsada, anti e gauche!

São nomes que damos às projeções de Newman de acordo com o ângulo diedros dos grupos em questão, e eles ficam assim:

Passo 2

Sabendo dessas conformações, o próximo passo é escrever a fórmula estrutural e a projeção de Newman do butano de acorda com cada ângulo.

A ligação C2-C3 que será analisada na projeção porque ai ficamos com dois grupos metila para girar nas conformações.

Passo 3

Para finalizar é só montar o forma simplificada de cada um deles.

E prontinho, questão feita! 😊

Resposta

Exercício Resolvido #5

Lista de exercícios – Estereoquímica e análise conformacional.

Indicar a isomeria geométrica para os compostos abaixo.

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Passo 1

Essa aqui é água com açúcar! É só entender o gabarito das posições que dá para matar rapidinho:

As posições que ficam ao horizontalmente, no plano da folha, são denominadas equatoriais e as perpendiculares, tanto para baixo quanto para cima, são as axiais!

Passo 2

Agora é pegar cada estrutura e ver em que posição os substituintes estão e reescreve-los no plano da folha.