4.8 Análise Conformacional do Butano

FIGURA 4.10

A energia associada a um grupo metila eclipsando um átomo de hidrogênio corresponde a 6 kJ/mol.

 

VERIFICAÇÃO CONCEITUAL

 

4.19 Para cada uma das substâncias vistas a seguir, preveja a barreira de energia para a rotação

(olhando segundo qualquer uma das ligações C—C). Represente uma projeção de Newman e então

compare as conformações alternada e eclipsada. Lembre-se de que atribuímos 4 kJ/mol para cada

par de H eclipsando e 6 kJ/mol para um H eclipsando um grupo metila:

(a) 2,2-Dimetilpropano

 

(b) 2-Metilpropano

 

4.8 Análise Conformacional do Butano

A análise conformacional do butano é um pouco mais complexa do que a

análise conformacional do etano ou do propano. Olhe atentamente para a

forma do diagrama de energia do butano (Figura 4.11), e então vamos analisá-

lo passo a passo.

As três conformações de maior energia são as conformações eclipsadas,

enquanto as três conformações de menor energia são as conformações

alternadas. Desse modo, o diagrama de energia anterior é semelhante aos

diagramas de energia do etano e do propano. Mas, no caso de butano,

observamos que uma conformação eclipsada (em que o ângulo de diedro = 0)

é maior em energia do que as outras duas conformações eclipsadas. Em outras

palavras, as três conformações eclipsadas não são degeneradas. Da mesma

forma, uma conformação alternada (em que o ângulo de diedro = 180°) é

inferior em energia comparado com as outras duas conformações alternadas.

Claramente, precisamos comparar as conformações alternadas entre si, e

também precisamos comparar as conformações eclipsadas uma com a outra.

FIGURA 4.11

 

Um diagrama de energia mostrando a análise conformacional do butano.

 

Vamos começar com as três conformações alternadas. A conformação

com um ângulo de diedro de 180° é chamada de conformação anti, e

representa a conformação de menor energia do butano. As outras duas

conformações alternadas são 3,8 kJ/mol maiores em energia do que a

conformação anti. Por quê? Podemos ver mais facilmente a resposta a essa

questão representando as projeções de Newman das três conformações

alternadas (Figura 4.12).

FIGURA 4.12

Duas das três conformações alternadas do butano apresentam interações gauche.

 

Na conformação anti, os grupos metila alcançam a separação máxima um

do outro. Nas outras duas conformações, os grupos metila estão mais

próximos um do outro. As suas nuvens eletrônicas se repelem entre si

(tentando ocupar a mesma região do espaço), causando um aumento da

energia de 3,8 kJ/mol. Essa interação desfavorável, chamada de interação

gauche, é um tipo de interação estérica, e é diferente do conceito de tensão

torcional. As duas conformações anteriores que mostram esta interação são

chamadas de conformações gauche e são degeneradas (Figura 4.13).

 

FIGURA 4.13

As duas conformações alternadas que mostram interação gauche são degeneradas.

FIGURA 4.14

O aumento da energia associada aos dois grupos metila eclipsando um ao outro é de 11 kJ/mol.

 

Agora vamos voltar nossa atenção para as três conformações eclipsadas.

Uma conformação eclipsada é superior em energia comparada com as outras

duas. Por quê? Na conformação de maior energia, os grupos metila estão

eclipsando um ao outro. Experimentos sugerem que essa conformação tem

uma energia total de 19 kJ/mol. Uma vez que já atribuímos 4 kJ/mol para

cada interação H eclipsando H, é razoável atribuir 11 kJ/mol para a interação

eclipsante entre os dois grupos metila. Esse cálculo é ilustrado na Figura 4.14.

A conformação com os dois grupos metila se eclipsando entre si é a

conformação de maior energia. As outras duas conformações eclipsadas são

degeneradas (Figura 4.15).

 

FIGURA 4.15

Duas das conformações eclipsadas do butano são degeneradas.

 

Em cada caso, existe um par de H eclipsando um ao outro e dois pares

eclipsantes de H/CH . Temos todas as informações necessárias para calcular a 3

energia dessas conformações. Sabemos que a energia associada aos átomos de

hidrogênio eclipsando entre si é de 4 kJ/mol e que cada conjunto eclipsante H/CH 3 tem uma energia associada de 6 kJ/mol. Portanto, calculamos um

aumento de energia total de 16 kJ/mol (Figura 4.16).

 

FIGURA 4.16

O aumento da energia total associada às conformações eclipsadas degeneradas do butano é de 16 kJ/mol.

 

Para resumir, vimos que uns poucos números podem ser úteis na análise

dos aumentos de energia. Com esses números é possível analisar uma

conformação eclipsada ou uma conformação alternada e determinar o

aumento de energia associado a cada conformação. A Tabela 4.6 resume esses

números.

 

TABELA DIFERENÇAS DE ENERGIA COMPARANDO AS ENERGIAS RELATIVAS DAS CONFORMAÇÕES 4.6

 

INTERAÇÃO TIPO DE TENSÃO AUMENTO DE ENERGIA (kJ/MOL)

 

Tensão torcional 4

 

Tensão torcional 6

Tensão torcional + interação 11

 

estérica

 

Interação estérica 3,8

 

DESENVOLVENDO A APRENDIZAGEM

 

4.8 IDENTIFICAÇÃO DAS ENERGIAS RELATIVAS DAS CONFORMAÇÕES

APRENDIZAGEM

Considere a seguinte substância:

 

(a) Girando somente a ligação C3—C4, identi que a conformação de menor energia.

 

(b) Girando somente a ligação C3—C4, identi que a conformação de maior energia.

 

SOLUÇÃO

 

(a) Começamos desenhando uma projeção de Newman, olhando ao longo da ligação C3 —C4:

ETAPA 1

Representação de uma projeção de Newman.

 

A PROPÓSITO

O símbolo “Et” é normalmente usado para um grupo etila e o símbolo “Me” é usado para

um grupo metila.

 

Para determinar a conformação de menor energia, comparamos todas as três conformações

alternadas. Para representá-las, podemos girar os grupos no carbono detrás ou girar os grupos no

carbono da frente. Será mais fácil girar o carbono detrás, pois o carbono da parte detrás tem

apenas um grupo. É mais fácil manter o controle de apenas um único grupo. Observe que a

diferença entre essas três conformações é a posição do grupo acetato no carbono detrás:

 

ETAPA 2

Comparação das três conformações alternadas. Procura-se pelo menor número de interações ou

interações gauche menos intensas.

 

Agora comparamos essas três conformações procurando por interações gauche. A primeira

conformação tem uma interação gauche Et/Me. A segunda conformação tem uma interação

gauche Et/Et. A terceira conformação tem duas interações gauche: uma interação Et/Et e uma

interação Et/Me. Escolha aquela com o menor número de interações gauche e com interações

gauche menos intensas. A primeira conformação (com uma interação Et/Me) será a de mais baixa

energia.

(b) Para determinar a conformação de maior energia, teremos de comparar as três conformações

eclipsadas . Para representá-las, simplesmente pegamos as três conformações alternadas e

transformamos cada uma delas em uma conformação eclipsada através da rotação de 60° do

carbono detrás. Observe mais uma vez que a diferença entre essas três conformações é a posição

do grupo Et no carbono detrás:

 

ETAPA 3

Comparação de todas as três conformações eclipsadas. Procura-se as interações de mais alta

energia.

 

Agora comparamos essas três conformações procurando interações eclipsantes. Na primeira

conformação, nenhum dos grupos alquila estão eclipsando um ao outro (eles estão todos

eclipsados pelos H). Na segunda conformação, os grupos etila estão eclipsando um ao outro. Na

terceira conformação, um grupo metila e um grupo etila estão eclipsando um ao outro. Das três

possibilidades, a conformação de maior energia será aquela em que os dois grupos etila estão

eclipsando um ao outro (a segunda conformação).

 

PRATICANDO

o que você aprendeu

 

4.20 Em cada caso visto a seguir, identi que as conformações de mais alta e mais baixa energia.

Nos casos em que duas ou três conformações são degeneradas, represente apenas uma como a sua

resposta.

 

APLICANDO

o que você aprendeu