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CICLANOS E CICLENOS - AULA 10
 

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    CICLANOS E CICLENOS - AULA 10 CICLANOS E CICLENOS - AULA 10 Document Transcript

    • tcums e cüem« tefOl{iadas teosões Veremos agora a formação de cadeias cíclicas e a Segundo a teoria das tensões de Baeyer, nosorigem da tensão gerada nas ligações em ciclos que ciclanos - que ele acreditava serem todos copla-apresenta de 3 a 5 átomos de carbono. nares, isto é, com todos os átomos de carbono em um mesmo plano -, as valências estavam sujeitas às Cic/anos: CnHzn tensões porque os ângulos de ligação eram diferentes de 109° 28. Os ciclanos são hidrocarbonetos de cadeia fe- Quanto maior a tensão, maior a instabilidade dachada que apresentam apenas ligações simples (an) molécula e mais reativa é a substância.entre carbonos. Observe: Possuem fórmula geral CnH2n. Exemplo: ciclano com 4 carbonos, C4Hz4 :. C4Hs. .:. Ciclopropano: (X = 60° D H2y-yH2 H2C- CH2 ciclobutano tensão = 109° 28 - 60° .:. Ciclobutano: 2 (X tensão = 109° 28 - 90° = 2 90° D ~ ~ tensão = 24° 44 tensão = 9° 44 - .:. Ciclopentano: (X = 108° O tensão = 109° 28 - 108° ~ tensão = 0° 44 2 Observação: O cálculo da tensão de ligação é feito aplicando-se a seguinte fórmula: tensão = 109° 28 -. (X 2 na qual (X = ângulo real. Modelo de bolas e varetas do ciclobutano C4H8. A divisão por 2 é necessária porque a tensão an- OS ciclanos que apresentam de 3 a 5 átomos de gular envolve 2 ligações C - C.carbono na cadeia são razoavelmente reativos. Já Veja como a conta é feita passo a passo para oaqueles cujo ciclo contém 6 ou mais átomos de ciclopropano.carbono são muito estáveis e reagem com dificuldade. Para explicar esse comportamento, o químico 109° - 60° + 28alemão Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer 2(1835-1917) propôs em 1885 a teoria das tensões. Sabemos que, quando o carbono faz 4 ligações do 49° ; 28 = 24S + 14.tipo sigma (0), ele sofre hibridização Sp3 e, para Como 0,5 = 30, teremos: 0adquirir o máximo de estabilidade, posiciona seus 24° + 30 + 14 = 24° 44.elétrons de valência segundo os vértices de umtetraedro regular, ou seja, num ângulo de 109° 28, De fato, a reatividade diminui do ciclopropanoconforme mostra a ilustração abaixo da molécula de para o ciclopentano, conforme diminui a tensão nosmetano, CH4(g). ângulos de ligação. . O problema com a teoria de Baeyer é que, seguin- Jr H do esse raciocínio, a reatividade deveria aumentar novamente para o ciclo-hexano, pois, se essa molé- cula fosse coplanar, os ângulos entre as ligações seriam de 120°. .:;:;, H .:. Ciclo-hexano: (X = 120° tensão = 109° 28 - 120° ~ o tensão = _5° 16 H 2 O ciclo-hexano, porém, é bastante estável e só H reage em condições muito específicas. Essa contra- dição ficou sem explicação durante cinco anos. 61
    • Em 1890 o químico alemão Sachse propôs a Em 1926 a teoria de Sachse e Mohr foi confirmada seguinte hipótese: "os átomos de carbono no ciclo- experimentalmente. hexano (e nos ciclanos em geral) não estão todos em A maior fonte de ciclanos são os petróleos cau- um mesmo plano, conforme dizia Baeyer, mas em cásicos e americanos. planos diferentes, de forma que a molécula adquire O ciclopentano é um gás que possui propriedades uma configuração espacial capaz de anular as ten- anestésicas. É muito usado em cirurgias, para ador- sões entre as ligações". m,ecer o paciente. De acordo com essa teoria, é possível construir O ciclo-hexano é usado como combustível e na dois modelos para o ciclo-hexano, ambos conser- produção de ácido adípico, COOH(CH2)4COOH, que vando os ângulos de 109° 28 entre as ligações. é matéria-prima para a fabricação do ny/on. Ciclenos: CnH2n-2 Forma de barco (menos estável) Os ciclenos são hidrocarbonetos de cadeia fe- Ângulos de chada que apresentam uma ligação dupla (en) entre 109028 carbonos. Possuem fórmula geral CnH2n-2. Exemplo: cicleno com 4 carbonos, C4H24-2 :. C4H6. ciclobuteno Forma de cadeira (mais estável) Ângulos de Modelo do ciclobuteno, C4H6. 109028 OS ciclenos de 3 a 5 cerbonos são compostos A molécula do ciclo-hexano em forma de cadeira instáveis devido à elevada t-ensão no ângulo de ou de Z é mais estável porque os átomos de hidro- ligação entre os átomos de carbono. gênio ligados aos carbonos ficam mais distantes uns . No cicIopropeno, por exemplo, as ligações entre dos outros. A molécula em forma de barco ou de C os átomos de carbono ocorrem num ângulo de 60°. permite uma maior proximidade entre os átomos e, Sabemos, porém, que os átomos de carbono que por isso, é mais instável. estabelecem a ligação dupla (uma s e uma p) sofrem A hipótese de Sachse não foi aceita porque os hibridização Sp2e que, nesse tipo de hibridização, o cientistas só conheciam o ciclo-hexano sob uma ângulo de ligação ideal é de 120 0 • única forma. A diferença de 60° entre o real e o ideal explica a Por volta de 1920 - cerca de trinta anos mais tar- grande instabilidade da molécula, que só existe como de - o químico alemão Mohr mostrou, utilizando produto intermediário em algumas reações químicas. modelos, que era possível a conversão de uma forma Já os cicIenos com 6 ou mais átomos de carbono na outra, com apenas uma ligeira distorção dos não possuem estrutura plana, mas sim espacial (como ângulos de valência, e que tal operação exigia uma os ciclanos), de tal forma que o ângulo entre as quantidade pequena de energia, podendo ocorrer ligações dos carbonos se aproxima do ideal, dando até mesmo à temperatura ambiente. estabilidade à molécula. Como as duas formas não são igualmente estáveis, A tabela a seguir traz o ponto de fusão, o ponto de é de se esperar que a forma de cadeira sempre ebulição e a densidade, medidos sob pressão de predomine em uma mistura. 1 atm, de alguns cicIanos e cicIenos. I - I Nome IUPAe Ciclopropano II Fórmula molecular C3H6 Ponto de fusão/De -126,6 I Ponto de ebulição/=C -32,9 ! Densidade/g . em? (massa específica) 0,7279 Ciclobutano C4H8 -80 13 0,7083 C iclopenta no CSHlO -94 49,27 0,7445 Ciclo-hexano C6H12 6,3 80,7 0,779 Ciclo-heptano C7H14 -12 117 0,809 Ciclobuteno C4H6 2,0 0,733 Ciclopenteno CSH8 -135,21 44 0,772 C iclo-hexeno C6H10 -103,7 83 0,81162
    • I. ciclopenteno 11. but-2-eno ~_"Exercí,ios em aula 111. propadieno V. hept-3-ino IV. hexano VI. ciclobutano a) indique a fórmula estrutural;~ 179. Forneça o nome oficial dos ciclanos abaixo a partir b) indique a classe (alcano, alceno, alcino, cicia no ou cicleno)de suas fórmulas estruturais. a que pertencem, a fórmula geral de cada classe e a fórmulaa) H3C H2 CH3 molecular do composto. /C"-... I H3C/ C H2C -CH2 IC "-...CH3 j Exaácío resolvidob) H2 Forneça o nome e a fórmula estrutural de todos os ci- C c/anos que apresentam: H C/ ~CH a) 4 carbonos na molécula e um carbono terciário; 2; 2 b) 5 carbonos na molécula e um carbono terciário; H2C CH2 c) 6 carbonos na molécula e dois carbonos terciários; / d) 6 carbonos na molécula e um carbono quaternário. H2C - CH2c) H H - H C -C-C- CH a) metilcic/opropano 2 I I I 3 H2 H2C -CH2 CH3 C / d) H2 H2 H C - C/CH3 2 C-C H / -, /CH3 b) metilciclobutano e etilciclopropano H2C C-CH I I H H2 v. 3 HC-C-CH C /C C~ I I H3C- C I " . / I C- CH3 2 3 H2 H C- C H H2 H2C -CH2 H2 H2 H2C - C---C-CH . H H 3 2 180. (Unip-SP) A fórmula mínima genérica (CH2)n pode c) 1,2-dimetilciclobutano e 1,3-dimetilciclobutanorepresentar o: H Ha) butano. b) 1,3-hexadieno. c) 2-butino. H2C -C -CH3 H2C -C -CH3El ciclopentano. e) benzeno. I I I I 181. (Unisa-SP) Quantos carbonos existem no cicia no H2C -C -CH3 H3C - C-CH2 H Hde menor massa molecular?[)]3 b)4 c)5 d)6 e)7 isopropilciclopropano e l-etil-2-metilciclopropano 182. A teoria da tensão de Baeyer para os ciclanos H2 Cestabelecida em 1885 pode ser resumida no seguinte ponto: Quanto maior a tensão entre os ângulos de ligação dos / Hcarbonos na molécula, ou seja, quanto mais os ângulos se H2C - C"---C-CHafastarem de 109° 28, mais instável será o ciciano. Já, quanto H I 3mais os ãngulos entre as ligações dos carbonos se aproximarem CH3de 109° 28, menor será a tensão e o ciciano será mais estável. d) 1, l-dimetilcic/obutano e 1, 1,2-trimetilcic/opropano Explique, com base nessa teoria, como varia a estabilidade H2C -CH2nos primeiros 3 compostos da série homóloga dos ciclanos. ~ /CH3 I I 183. Como os cientistas Sachse e Mohr conseguiramexplicar o fato de os cicia nos com 6 ou mais carbonos serem H2C -i- CH3 H2C - / C"---CHmuito estáveis apesar de o ângulo entre as ligações - previsto CH3 I 3teoricamente por Baeyer para moléculas coplanares - se CH3afastar progressivamente dos 109° 28 considerado ideal? 184. Em relação aos ciclenos, indique:a) a fórmula estrutural e o nome do cicleno que apresenta 4 carbonos e cadeia normal; ~Exerácíos complementaresb) a fórmula estrutural e o nome do cicleno que apresenta 186. (Unifor-CE) Qual é a série dos hidrocarbonetos que 5 carbonos na molécula, sendo um quaternário; têm fórmula mínima CH2?c) a fórmula molecular e a massa molar do cicleno que a) Alcanos. b) Alcinos. c) Alcadienos. apresenta 30 hidrogênios na molécula (veja tabela perió- aJ Ciclanos. e) Ciclenos. dica no início do livro). 187. (Acafe-SC) Para o composto cujo nome IUPAC é~ 185. Os hidrocarbonetos são os principais constituintes 1,3-dietil-ciclobutano, a alternativa falsa é:do petróleo. A respeito dos hidrocarbonetos, cujos nomes a) Possui dois carbonos quaternários.estão relacionados a seguir: b) A hibridização dos átomos de carbono é sp". 63
    • c) Possui 4 átomos de carbono secundário . . d) Sua fórmula molecular é C8H16· e) Apresenta cadeia carbônica saturada. a) 6 188. (Unip-SP) Tem a mesma fórmula molecular CSHlO n-pentano e metilciclobutano. pent-1-eno e ciclopentano. o c) pent-2-ino e ciclopenteno. d) 2-metilbutano e dimetilciclopropano. e) 2,2-dimetilpropano e etilciclopropano. e) H3C - CH2 - NH - CH2 - CH3 189. Forneça o nome oficial dos cicianos abaixo a partir de suas fórmulas estruturais. <fY 196. Analise as afirmações abaixo a partir dos dados fornecidos: a) b) H H A. Um hidrocarboneto de fórmula C6HlOtem uma das estru- I I turas abaixo: H-C-C-H 11. H"", /H I. H",/H I I C /C=C"" H"", /C"" /H C C----H II H CH3 H /C"" ..--H c) d) C II I C ..-- H C C ---- H H »> / H/ ""C / "H H-C-C----H H;COCH; H/ "H I H H 111. - H C = C -CH2 - CH2 - CH2 - CH3 190. Explique o que ocorre com a molécula do ciclopro- IV. CH3 - C=C- CH2 - CH2 - CH3 peno que torna essa substância tão instável em relação aos demais ciclenos. V. CH3 - CH = CH - CH = CH - CH3 VI. CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH = CH2 191. (USF-SP)Dos seguintes hidrocarbonetos: B. O hidrocarboneto possui 4~~S de carbono Sp2 , . .. I. propano 11. ut-2-eno b c. O hidrocarboneto pode ter caoela aromática ou alifática. 111. ciclopropano ~v.ciclobuteno Portanto, pode-se concluir que ·a(s)estrutura(s) possível(is) tem(êm) fórmula geral CnH2napenas: do hidrocarboneto é (são): a) l b)1I c) 111 Jllelll e)llelV O. I ou 11 1. 111u IV o 192. (UEM-PR)Das fórmulas moleculares abaixo, são cor- Vou VI 3. 11 retas as seguintes afirmações: 4.IV 5. VI 01. C12H24 um hidrocarboneto saturado conhecido como é ~ 197. Em relação aos cicia nos e ciclenos, assinale as alcano. afirmativas corretas. m. CSHlOpode ser-um hidrocarboneto com uma insaturação 1) Os cicianos que possuem de 3 a 5 carbonos na cadeia"são ou saturado cíclico. mais reativos que os alcenos, apesar de possuírem apenas D C3H4pode ser um alcino, um dieno ou um cicleno. ligações s entre carbonos. . 0-8. C16H32 pode ser um hidrocarboneto com uma insaturação 0-2 Os ciclanos que possuem 6 ou mais carbonos na cadela ou saturado cíclico. são muito estáveis; pode-se dizer que são menos reativos 16. CaH1apode ser um alcino, um dieno ou um cicleno. que os alcanos. 32. C16H34 pode ser um alceno ou um cicleno. :0- A explicação para a grande reatividade de alguns cicianos 64. CaH16pode ser um alcino, um dieno ou um ciclano. e a grande estabilidade de outros está na tensão entre os 193. (UFAM-PSC) A fórmula geral CnHn-2 pode ser ângulos das ligações carbono-carbono que é alta em aplicada corretamente aos hidrocarbonetos: moléculas coplanares e baixa em estruturas espaciais. a) alcadienos e ciclenos 08. Segundo a teoria de Baeyer, os átomos de carbono dos 6 alcadienos, ciclenos e alcinos ciclanos com 6 ou mais carbonos ocupam planos diferentes c) alcinos e cidenos no espaço de modo que o ângulo de ligação entre eles é d) somente aos alquinos de exatamente 109° e 28 (o mais estável). e) alcadienos e alcanos 16, Os ciclenos são mais estáveis que os ciclanos porque a ligação dupla entre carbonos torna a molécula mais 194. (Fuilioeste-PR) Com relação à fórmula do 1,2- resistente ao rompimento da cadeia, dimetil-ciclopropano: 82 Da mesma forma que os cicia nos, os ciclenos com 6 ou I. Possui seis hidrogênios presos em carbonos primários. mais átomos de carbono apresentam estrutura espacial 11. presenta cinco carbonos. A não-coplanar de modo que o ângulo das ligações é de 111.Possui três carbonos secundários. aproximadamente 109° 28. . IV.Apresenta todos os carbonos com hibridização Sp3 64. Os nomes oficiais dos compostos esquematizados a seguir V. Possui quinze ligações sigma. são, respectivamente: 4-metil-ciclopenteno, 1,3-dimetil- Dê a fórmula estrutural do composto e identifique as ciclohept-4-eno e dimetilciclo-hexeno. afirmações corretas. 195. (Mack-SP) Qual dos compostos a seguir apresenta cadeia carbônica saturada, homogênea e somente com Ú CH, H,CaCH;••• carbonos secundários? 64