Analise conformacional

notas de aula

1. Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciéncias
Química Orgánica |

Análise Conformacional

Prof. Dr. José Nunes da Silva Jr.

A . [email protected]
Atualizado em jan/2018

2. A temperatura ambiente em solugáo, todas as ligagóes simples na molécula
estáo constantemente rotacionando.

= user A A,

me So

C
un

Feromómio da traga de ervilha:

3. em qualquer momento sao bastante pequenas.

No entanto, mesmo que nao haja duas moléculas com exatamente a mesma
forma, em qualquer momento,

elas sáo mesmo composto químico, pois têm todos os mesmos
atomos ligados da mesma maneira.

Chamamos as do mesmo composto

4. Para ir de uma conformagäo a outra,

podemos girar em torno das ligagöes simples.

5. Um coisa que

E por isso que
teriamos que quebrar a

6. A em torno de ligagöes simples a temperatura
ambiente, e a rotagäo se dá facilmente.

Jáa em torno de ligagöes duplas sao significantemente
maiores.

12 kJ mort 30 kJ mort

85 kJ molt 260 kJ molt

7. Algumas conformagöes que outras...

8. Considere os dois na
projeçäo de Newman. Estes dois átomos de hidrogénio parecem estar
separados por um ángulo de 60°.

Ángulo diedro = 60°

Este ángulo é o chamado ángulo diedro ou ángulo de torçäo.

Este ángulo diedro muda quando giramos a ligaçäo C-C - por exemplo, se o
carbono da frente gira no sentido horário enquanto o carbono de trás é
mantido parado.

O valor para o ángulo diedro entre dois grupos podem ser de qualquer valor
entre 0° e 180°.

9. Portanto, ha um número infinito de possiveis conformagöes.

No entanto, existem duas conformagóes que requerem especial atençäo:

a de menor energia - conformagáo alternada

H
Hy Sy
AO

4
Alternada

10. 3
E
5
=.
2
$
8
2
a
El
5
2
a

360

Angulo diedro

11. A diferenga de energia entre as conformagöes alternada e
é de 12 kJ/mol, como mostrado no diagrama de energia.

Energia
Potencial

alternadas

180° 120° 60° 0° 60° 120°
Angulo diedro

Observe que todas as conformagöes alternadas do etano sao degeneradas; ou
seja, todas as conformagöes alternadas tém a mesma quantidade de energia.

Da mesma forma, todas as conformagöes

do etano sáo
degeneradas.

12. Quando a ligagáo C-C é rodada (passando de uma alternada para uma
), a interaçäo favorável citada é temporariamente interrompida,
causando um aumento de energia.

No etano, este aumento de energia atinge 12 kJ/mol.

4 kJ/mol , * 4 kJ/mol

Custo total = 12 KJmol*
4 kJ/mol

Uma vez que existem trés interagóes separadas, é razoável atribuir
4 kJ/mol para cada par de sobreposigáo H-H.

Á temperatura ambiente, uma amostra do gás etano terá cerca de 99% das
suas moléculas em conformagöes alternadas em qualquer dado instante.

13. O diagrama de energia de propano é muito semelhante ao de etano, com
exceçäo da tensáo torsional ser de 14 kJ/mol em vez de 12 kJ/mol.

Mais uma vez, observe que todas as conformaçôes alternadas
degeneradas, assim como sáo todas as conformagóes

Energia
Potencial

_. -alternadas

60° 0° 60° 120° 180°

Ángulo diedro

14. Nos ja atribuimos 4 kJ/mol para cada par de H

Se sabemos que a tensáo torsional do propano é de 14 kJ/mol,

é razoável atribuir 6 kJ/mol para a sobreposigáo de um H com um

grupo metila.

4 kulmol
HIT
HH
4 kJimol

Se o custo de energia ... ejá sabemos que cada par
total é 14 KJ/mol de H eclipsando tem um
custo de energia de 4 KJ/mol

14 kJ/mol |

— 8 kJ/mol !

.. entáo podemos concluir que

de um H
eclipsando um grupo CH;
deve ser

15. 360

©
2
5
a
>
3
2
[7

Angulo diedro

16. A análise conformacional de é um pouco mais complexa do que as
análises conformacionais do etano ou do propano.

Energia
Potencial
alternadas - GAUCHE

-. alternadas - ANTI

180° 120° 60° 60° 120° 180°

Ängulo diedro

17. 3 conformagöes de menor energia - conformagöes alternadas.

Mas, no caso de butano, note que uma das conformagöes

(ángulo diedro = 0) é maior em energia do que as outras duas

conformagóes . Em outras palavras, as trés conformagóes
náo sáo degeneradas.

Da mesma forma, uma conformagáo alternada (ángulo diedro = 180) é inferior
em energia do que as outras duas conformagöes alternadas.

.Alternacis - GAUCHE
—. alternadas - ANT

120° 120° 180°

18. 3 conformagöes alternadas.

A conformaçäo com um ángulo diedro de 180° é chamada de conformaçäo
anti, e representa a conformagáo de menor energia do butano.

As também sáo alternadas, porém com 3,8 kJ/mol
a mais de energia do que a conformacáo anti - sáo chamadas de
conformagöes . Por qué?

Anti

metilas estáo o metilas experienciam metilas experienciam
mais afastadas uma interaçäo gauche uma interaçäo gauche
possivel

19. Na conformagáo anti, os grupos metila conseguem a separagáo máxima um
do outro.

Nas conformagóes , OS grupos metila estáo mais próximos uns dos
outros.

As nuvens de elétrons se repelem (tentando ocupar a mesma regiáo do
espago), causando um aumento da energia de 3,8 kJ/mol. Esta interagäo

desfavorável, chamada de , € uma forma de impedimento
estérico, e é diferente do conceito de tensáo torsional.

As duas conformagöes que mostram essa interagáo sáo degeneradas.

Gauche Gauche

20. do que as outras duas
porque os

As experiéncias sugerem que esta conformagáo tem um custo total de energi
de 19 kJ/mol. Uma vez que já foi atribuido 4 kJ/mol para cada interagáo H-H, é
razoável atribuir 11 kJ/mol para a interagäo entre dois grupos metilas vizinhos.

A conformaçäo com os dois grupos metila se sobrepondo é o maior
conformagáo de energia.

19 kJ/mol
— 8kJimol

1 X
alo) 4 kiimoi À H

~H /
H 4 kJ/mol

Se o custo de energia ... ejá sabemos que cada par ... entáo podemos concluir que
total & 19 KJ/mol de H eclipsando tem um o de dois
custo de energia de 4 KJ/mol grupos CH, eclipsando
2x4=8 KJ/mol deve ser

21. As outras duas conformagóes sao degeneradas.

Em cada caso, existe um par de He dois pares H/CH; . Temos todas
as informagöes necessárias para calcular a energia dessas conformagöes.

Sabemos que eclipsando H de sáo 4 kJ/mol, e cada conjunto de H/CH, eclipsado
é 6 kJ/mol. Portanto, calcula-se um

4 kJ/mol“, 6 kJ/mol

6 kJ/mol
16 kJ/mol

22. Interagäo

X

eclipsada

Tipo de Tensäo

torsional

Custo de Energia (|

eclipsada

torsional

eclipsada

torsional + estérica

gauche

torsional + estérica

23. Um medicamento vai se ligar a um receptor biológico se possuir um arranjo
específico tridimensional de grupos funcionais, chamado de grupo
Por exemplo, o de morfina é mostrado em vermelho:

morfina

A morfina é uma molécula muito rígida, uma vez que tem muito poucas ligagóes
que sao submetidos a uma rotaçäo livre. Como resultado, o é
bloqueado no seu lugar.

Em contraste, as moléculas flexiveis sáo capazes de adotar uma variedade de
conformaçôes, e só algumas destas conformaçôes podem se ligar ao receptor.

Por exemplo, a tem muitas ligagöes simples, cada uma das quais
sofre uma rotaçäo livre.

24. A é utilizada para o tratamento de viciados em heroína, que sofrem de
sintomas de abstinéncia.

A se liga ao mesmo receptor que a heroina, e acredita-se que a
conformagáo ativa é aquela em que a posigáo dos grupos funcionais
corresponde ao farmacóforo da heroína (e da morfina):

OCCHs
[o]

OCCHs
o

heroína

25. GGG Universidade Federal do Ceará
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Prof. Dr. José Nunes da Silva Jr.

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Atualizado em jan/2018

26. O cicloexano pode adotar muitas conformagöes, como veremos em breve. Por
enquanto, vamos explorar duas conformagöes:

> conformagäo cadeira, e
>

cadeira

Em ambas as conformagöes, os ángulos de ligagáo sao bem próximos de 109,5°
e,

> portanto, ambas as conformaçôes possuem muito pouca tensáo
angular.

27. cadeira

A diferenga significativa entre elas pode ser visto ao se comparar a tensáo
torsional.

A conformagáo cadeira tensáo torsional. Isto pode ser melhor visto
com uma projegáo de Newman.

Observe que todas os H estáo alternados.

28. cadeira

Na conformagäo de tem duas fontes de tensáo torsional.

H eclipsados interaçäo mastro

Muitos dos H estáo eclipsados (esquerda), e os H de cada lado das interagóes
sentem efeitos estéricos no anel chamados de interagöes mastro, como
mostrado na figura á direita.

29. interaçäo mastro

pode aliviar um pouco essa tensáo torsional “torcendo” sua estrutura,

> resultando em uma conformaçäo chamada de

30. This is the "chair" intermediate. Note that
the groups that are axial are colored red.

| | ©

31. Existem duas conformagöes cadeira diferentes que se interconvertem
rapidamente através de uma via que passa por muitas conformagöes diferentes,
incluindo uma conformagáo meia-cadeira de alta energia, bem como

meia-cadeira meia-cadeira

cadeira t y cadeira

32. Ao desenhar uma conformagáo cadeira, é importante desenha-la com exatidáo.

Certifique-se de evitar desenhos de cadeiras mal feitos, porque vai ser dificil
posicionar os substituintes corretamente se o esqueleto náo for exato.

Desenhando o esqueleto de uma conformagäo cadeira

_— Desenhe um V largo

Desenhe uma linha indo para baixo em um ángulo
de 60°, terminando antes do centro do V.

Desenhe uma linha paralela para o lado esquerdo do V,
terminando antes da extremidade esquerda do V.

Desenhe uma linha paralela para a linha a partir da
, indo para baixo até a linha pontilhada.

Conecte os pontos.

33. Substituintes
Axiais

34. Considere-se um anel que contém

> Duas possiveis conformagöes de cadeira podem ser feitas:

O substituinte pode estar numa posigáo axial ou numa posigáo

Estas duas possibilidades representam duas conformagöes diferentes

estáo em equilibrio:

35. axial

O termo “anel invertido" é utilizado para descrever a transformaçäo de uma
conformagáo cadeira em outra. Este processo náo é feito simplesmente
movendo a molécula como uma panqueca.

Em vez disso, um “anel invertido” possui uma alteragäo conformacional que é
realizada apenas por meio de rotagáo de todas as ligagóes C-C individuais.

Isto pode ser visto com uma

36. Quando duas conformagöes cadeira estáo em equilibrio,

> a conformaçäo de menor energia será favorecida.

Por exemplo, considere as duas conformagóes cadeira do cicloexano.

ZT

axial

das moléculas estaráo na conformagáo cadeira
que tem o grupo metila na posigáo

> Esta deve, portanto, ser a conformagäo de menor energia, mas por qué?

37. axial

Quando o substituinte está na posigáo axial, existem interagóes estéricas com
os outros de H axiais no mesmo lado do anel.

As estáo tentando ocupar a mesma regiáo do
espago ocupada pelos hidrogénios, causando impedimento estérico.

Estas interagöes sáo chamados interagöes 1,3-diaxiais,
> onde os números de "1,3" descrevem a distáncia entre o substituinte
e cada um dos hidrogénios.

38. Por esta razáo, o equilibrio entre as duas conformagóes cadeira geralmente
favorece a conformagáo com o substituinte . As concentragöes dos
confórmeros, no equilíbrio, dependeráo do tamanho do substituinte.

resultando em interagöes
1,3-diaxiais maiores, e o equilibrio favorecerá o substituinte na posigáo

Por exemplo, o equilibrio de icicloexano favorece quase completamente
a conformagáo cadeira com um grupo na posigáo

39. substituinte Impedimento estérico apartir Razäo axial
de interagöes 1,3-diaxiais (no equilibrio)
{K/mol)

= 20 70 : 30
—OH 42 83:17
—CH; 7.6 95:5
—CH,CH; 8.0 96:4
—CHICH3)2 9.2 97:3
—C(CH3); 22.8

40. Ao desenhar conformacóes cadeira de um composto que tem
‚ha uma cuidado adicional. Especificamente, devemos também
considerar a orientagäo tridimensional, ou configuragäo, de cada substituinte.

CI

LJ Me está para baixo

Observe que o átomo de esta em uma cunha, o que significa que ele está
saindo da página: é . O grupo metila está em ligagáo pontilhada, o que
significa que ele está abaixo do anel, ou para baixo.

As duas conformagöes cadeira para este composto sao os seguintes:

41. CI

uu Me

Me está para baixo

Conformacáo da direita: dois grupos sáo equatoriais (mais favorável).

42. Desenhe as conformaçôes cadeira do seguinte composto.

metila esta para baixo

+ estavel

43. Desenhe as conformaçôes cadeira do seguinte composto.

+estävel

metila estä para baixo

44. Desenhe as conformaçôes cadeira do seguinte composto.

subetituinte Impadimemo astérico a panir Raro al
de interaces 1,3 dias {no equilibrio)
(o/mol)

cloro esta para baixo

cl
etila axial = 8 kJ/mo cloro axial = 2 kJ/mol

+ estavel

45. Desenhe as duas conformagöes cadeiras para o cis- e
, e defina em cada par, qual a conformaçäo mais estável.

46. Desenhe as conformagöes de menor energia para cada um dos seguintes

LA

compostos.

substituinte Impedimentoestéricoapartir Raráo. axial
de interacdes 1,3-diaxials {no equilibrio)
{K/mol)
20 70:30