Química Orgânica: Volume 1 (2ª Edição)
4.7 Análise Conformacional do Etano e do Propano
Propano
Considere os dois átomos de hidrogênio mostrados em vermelho na projeção
de Newman do etano (Figura 4.4). Esses dois átomos de hidrogênio parecem
estar separados por um ângulo de 60°. Esse ângulo é chamado ângulo de
diedro ou ângulo de torção. Esse ângulo de diedro muda conforme a ligação
C—C gira – por exemplo, se o carbono da frente gira no sentido horário,
enquanto o carbono detrás é mantido estacionário. O valor para o ângulo de
diedro entre dois grupos pode ser qualquer valor entre 0° e 180°. Portanto, há
um número infinito de possíveis conformações. No entanto, existem duas
conformações que requerem nossa atenção especial: a conformação de menor
energia e a conformação de maior energia (Figura 4.5). A conformação
alternada é a de mais baixa energia, enquanto a conformação eclipsada é a
de mais alta energia.
FIGURA 4.4
O ângulo de diedro entre dois átomos de hidrogênio em uma projeção de Newman do etano.
FIGURA 4.5
Conformações alternada e eclipsada do etano.
A diferença de energia entre as conformações alternada e eclipsada do etano é
12 kJ/mol, como mostrado no diagrama de energia na Figura 4.6. Observe
que todas as conformações alternadas do etano são degeneradas, isto é, todas
as conformações alternadas têm a mesma quantidade de energia. Da mesma
forma, todas as conformações eclipsadas do etano são degeneradas.
FIGURA 4.6
Um diagrama de energia mostrando a análise conformacional do etano.
RELEMBRANDO
Para uma revisão de orbitais moleculares ligante e antiligante, veja a Seção 1.8.
A diferença de energia entre as conformações alternada e eclipsada do
etano é chamada de tensão torcional (tensão de torção), e a sua causa tem
sido debatida ao longo dos anos. Com base em cálculos recentes de mecânica
quântica, acredita-se agora que a conformação alternada possui uma interação
favorável entre um OM ligante ocupado e um OM antiligante desocupado
(Figura 4.7).
FIGURA 4.7
Na conformação alternada ocorre uma sobreposição favorável entre um OM ligante e um OM antiligante.
Essa interação diminui a energia da conformação alternada. Essa
interação favorável só está presente na conformação alternada. Quando a
ligação C—C gira (indo de uma conformação alternada para uma
conformação eclipsada), a sobreposição favorável anterior é temporariamente
interrompida, causando um aumento de energia. No etano, esse aumento é de
12 kJ/mol. Uma vez que existem três interações separadas na conformação
eclipsada, é razoável atribuir 4 kJ/mol para cada par de H eclipsando (Figura
4.8).
Essa diferença de energia é significativa. À temperatura ambiente, uma
amostra de gás etano terá aproximadamente 99% das suas moléculas na
conformação alternada em um instante qualquer.
FIGURA 4.8
O aumento total de energia associado à conformação eclipsada do etano (em relação à conformação alternada) é de 12 kJ/mol.
FIGURA 4.9
Um diagrama de energia mostrando a análise conformacional do propano.
O diagrama de energia do propano (Figura 4.9) é muito semelhante ao do
etano, com exceção de que a tensão torcional é de 14 kJ/mol, em vez de 12
kJ/mol. Mais uma vez, observe que todas as conformações alternadas são
degeneradas, assim como todas as conformações eclipsadas.
Nós já atribuímos 4 kJ/mol para cada par de H eclipsando. Se nós
sabemos que a tensão torcional do propano é de 14 kJ/mol, então é razoável
atribuir 6 kJ/mol para a eclipse de um H e um grupo metila. Esse cálculo é
ilustrado na Figura 4.10.