Química da vida: Cicloalcanos

DISCIPLINA 

Química da Vida 

Cicloalcanos 

Autores 

Carlos Roberto Oliveira Souto 

Humberto Conrado Duarte 

aula 

03

Governo Federal 

Presidente da República 

Luiz Inácio Lula da Silva 

Ministro da Educação 

Fernando Haddad 

Secretário de Educação a Distância – SEED 

Ronaldo Motta 

Universidade Federal do Rio Grande do Norte 

Reitor 

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Vice-Reitor 

Nilsen Carvalho Fernandes de Oliveira Filho 

Secretária de Educação a Distância 

Vera Lúcia do Amaral 

Secretaria de Educação a Distância- SEDIS 

Coordenadora da Produção dos Materiais 

Célia Maria de Araújo 

Coordenador de Edição 

Ary Sergio Braga Olinisky 

Projeto Gráfico 

Ivana Lima 

Revisores de Estrutura e Linguagem 

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Marcos Aurélio Felipe 

Revisora das Normas da ABNT 

Verônica Pinheiro da Silva 

Souto, Carlos Roberto Oliveira. 

Divisão de Serviços Técnicos 

Catalogação da publicação na Fonte. UFRN/Biblioteca Central “Zila Mamede” 

Revisoras de Língua Portuguesa 

Janaina Tomaz Capistrano 

Sandra Cristinne Xavier da Câmara 

Revisora Tipográfica 

Nouraide Queiroz 

Ilustradora 

Carolina Costa 

Editoração de Imagens 

Adauto Harley 

Carolina Costa 

Diagramadores 

Bruno de Souza Melo 

Ivana Lima 

Adaptação para Módulo Matemático 

Thaisa Maria Simplício Lemos 

Pedro Gustavo Dias Diógenes 

Imagens Utilizadas 

Banco de Imagens Sedis 

(Secretaria de Educação a Distância) - UFRN 

Fotografias - Adauto Harley 

Stock.XCHG - www.sxc.hu 

Química da vida / Carlos Roberto Oliveira Souto, Humberto Conrado Duarte. 

– Natal, RN, : EDUFRN, 2006. 

372p. : il 

1. Química orgânica. 2. Química da vida. 3. Compostos de carbono. I. Duarte, Humberto Conrado. 

II. Título. 

ISBN 978-85-7273-332-8 CDU 547 

RN/UF/BCZM 2006/84 CDD 661.8 

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste material pode ser utilizada ou reproduzida sem a autorização expressa da UFRN - 

Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

1 

2 

3 

4 

5 

Apresentação 

Alcanos cíclicos ou cicloalcanos são hidrocarbonetos com átomos de carbono unidos 

por ligações simples em arranjos anelares. Compostos orgânicos naturais, em sua 

grande maioria, possuem estruturas cíclicas, conjuntamente com a presença de 

grupos funcionais nesses anéis. Ocorrem em abundância na natureza, vegetal e animal, tais 

como as macromoléculas derivadas de açúcares, como exemplos os amidos e as celuloses; 

também os macrolídeos e esteróides compõem apenas alguns dos numerosos exemplos. 

Para melhor compreensão dos compostos que contêm estruturas cíclicas, nesta 

aula você estudará o comportamento de estruturas cíclicas simples, principalmente o 

cicloexano, suas conformações e as tensões envolvidas derivadas da presença de átomos 

ou grupos a ele ligados. 

Objetivos 

Estudar as conformações de estruturas cíclicas. 

Estudar os fatores energéticos envolvidos nessas 

conformações. 

Compreender as tensões angulares e torsionais 

envolvidas nessas conformações. 

Representar e visualizar espacialmente as estruturas. 

Aprender as propriedades físicas e a nomenclatura. 

Macromoléculas 

Molécula de alta massa 

molar relativa, composta 

essencialmente de derivados 

de múltiplas unidades 

repetidas de moléculas 

de baixa massa molar. 

Geralmente, o termo é restrito 

a moléculas com mais de 

100 átomos, em particular, 

polímeros. São numerosos os 

exemplos biológicos, incluem 

proteínas, amidos, lipídeos e 

ácidos nucléicos, por vezes, 

denominados “biomoléculas” 

ou biopolímeros. 

Aula 03 Química da Vida 1

2 

H 3 C 

CH 2 

Metileno 

Grupamento — CH —, 2 

unidade de repetição dos 

alcanos lineares. 

CH 2 

CH 2 

n-Pentano 

Ebulição +36ºC 

Aula 03 Química da Vida 

Isomeria 

Antes de prosseguir os estudos da classe dos alcanos, vamos discorrer sobre o 

fenômeno da isomeria, que é bastante presente nos sistemas cíclicos como também nos 

acíclicos. Tal fenômeno ocorre nos compostos que, embora tenham a mesma fórmula 

molecular, têm estruturas distintas e, conseqüentemente, são substâncias diferentes. 

O primeiro tipo, os isômeros constitucionais, são compostos com mesma fórmula 

molecular, porém, diferente ordem de conectividade dos átomos. Essa diferença na estrutura 

origina propriedades físicas e químicas distintas. Outra subdivisão dos isômeros, os 

estereisômeros, são compostos com mesma conectividade, porém distinto arranjo espacial, 

são exemplos os isômeros geométricos nas ligações duplas, nos compostos cíclicos. Outras 

subdivisões serão estudadas mais adiante. 

Veja o exemplo de isomeria constitucional do etanol e dimetiléter, do pentano e 

isopentano nas estruturas representadas a seguir. 

CH 3 

H 3 C 

CH 2 

CH CH 3 

CH 3 

Isopentano 


Etanol 

Ebulição +78,5ºC 

Dimetiléter 


Uma determinada fórmula molecular pode apresentar várias possibilidades de estruturas 

isoméricas, podemos observar na Tabela 1 a relação do número de átomos de carbono, 

numa molécula orgânica, com o número de carbonos da estrutura. 

Tabela 1 – Isômeros possíveis com aumento de número de carbonos n para C n H 2n+2 

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

isômeros 1 1 1 2 3 5 9 18 35 75 4.347 

Estrutura e propriedades físicas 

Cicloalcanos mais simples são anéis formados por unidades repetidas do grupamento 

metileno (—CH —) e fórmula geral C H . O carbono, como nos alcanos lineares, usa 

2 n 2n 

seus orbitais hibridizados sp3 para ligar-se a outro átomo de carbono e ao hidrogênio. 

Na representação a seguir, mostramos estruturas de moléculas orgânicas cíclicas. 

H 3 C 

CH 2 

OH 

H 3 C 

O 

CH 3

H H 

H 

C 

H 

H 

C C 

H 

ou 

ciclopropano 

C 3 H 6 

H 

H 

H 

C 

C 

H 

H 

C 

C 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H H 

C 

C C 

C C 

H H 

H 

H 

H 

H 

ou ou ou ou 

H H H 

H 

H 

H H 

H 

H 

H 

H 

C 

C 

C 

C 

C 

C 

H H 

H H 

C 

H C C H 

H 

H 

C C 

H 

H 

C C 

H H 

H H 

ciclobutano 

C 4 H 8 

ciclopentano 

C 5 H 10 

cicloexano 

C 6 H 12 

cicloeptano 

C 7 H 14 

As propriedades físicas dos derivados cíclicos assemelham-se àquelas dos alcanos de 

cadeia aberta, são apolares e com densidade, temperatura de fusão e ebulição dependente 

da massa molecular e da maior ou menor interação das atrações intermoleculares, em que 

atuam principalmente as forças de London (ver aula 2 – Alcanos acíclicos). 

Algumas moléculas cíclicas pouco comuns são resultados de síntese orgânica e 

estudos dos limites da tensão anelar. Nesses poliedros, todas as faces são compostas por 

anéis de mesmo tamanho, ciclopropano, ciclobutano e ciclopentano, respectivamente, 

os quais têm como característica comum a tensão anelar. Exemplos dessas estruturas 

exóticas são: o biciclo-butano, que tem energia de tensão igual a 66,5 kcal/mol; o tetrakis 

(1,1-dimetil-etil)-tetraedrano, sintetizado no ano de 1978, que apesar da tensão de 129,0 

kcal /mol é um composto estável com ponto de fusão de 135°C; o hexaedro cubano, 

sintetizado em 1964, com tensão de 166,0 kcal / mol, é maior que a de seis ciclobutanos 

isolados; o dodecaedrano, sintetizado no ano de 1982, com ponto de fusão de 430°C, alto 

para um hidrocarboneto (o que se deve a sua grande simetria), tem tensão anelar de 66,0 

kcal/mol, bem menor que seus homólogos, mas esperado, se considerarmos a tensão de 

anel de cinco membros. A seguir, representamos algumas dessas estruturas. 

Cubano Dodecaedrano Biciclobutano Tetrakis (1,1- Dimetil-etil) 

Tetraedrano 

Para citar brevemente exemplos de compostos cíclicos importantes, destacamos os 

esteróides, produtos naturais tetracíclicos com atividade biológica, sendo a estrutura cíclica 

fundamental para esse tipo de atividade. Em sua estrutura básica, os quatro anéis são rotulados 

como A,B,C,D e os átomos de carbono numerados de acordo com um esquema específico 


4 

Anabolizante 

Anabólico: ana- do grego, 

crescer, para cima; 

contrário de metabólico. 


para esteróides; três anéis de cicloexano são fundidos, as junções de anéis geralmente são 

trans, como na trans-decalina; e o quarto anel é um ciclopentano, resultando na estrutura 

tetracíclica característica. Muitos estreróides têm grupo substituinte metila ligado em C10 

e C13 e átomos de oxigênio em C3 e C17. Além disso, pode haver cadeias laterais longas 

ligadas a C17. A fusão trans dos anéis leva a uma estrutura cadeira com menos tensão, em 

que a metila e os hidrogênios nas junções ocupam posições axiais. 

Podemos citar como exemplo o colesterol presente em quase todos os tecidos humanos 

e animais, responsável por muitas doenças de origem circulatória, como a arteriosclerose, e 

doenças cardíacas. Um outro exemplo é a testosterona, principal hormônio sexual masculino. 

Análogos sintéticos desse hormônio (anabolizantes) são usados medicinalmente para 

promover o crescimento de músculos e tecidos. A sua utilização abusiva e ilegal é feita por 

fisiculturistas e atletas que ignoram os riscos para a saúde, que incluem câncer de fígado, 

doenças coronarianas e esterilidade. Mais um exemplo é o estradiol, principal hormônio 

sexual feminino, e a progesterona, responsável pela preparação do útero para implantação 

do óvulo fecundado. A semelhança estrutural dos hormônios esteróides é marcante se 

considerarmos o quanto suas atividades são diferentes. Os ingredientes ativos da pílula 

anticoncepcional são esteróides e funcionam como agentes infertilizantes de controle do 

ciclo menstrual feminino e da ovulação, constituindo-se na principal forma de contracepção 

hoje em dia. A seguir, mostramos representações estruturais desses compostos. 

HO 

HO 

3 

O 

2 

4 

CH 3 

1 

H 

H 

CH3 11 H 12 

10 9 

8 

5 

H 

CH 3 

6 

H 

CH 3 

H 

H 

7 

Testosterona 

H 

Colesterol 

CH 3 

H 

CH 3 OH 

CH3 13 

14 15 

17 

O 

16 

HO 

H 

CH3 C 

H 

H 

H 

H 

D 

O 

A B 

Estrutura 

O 

HO 

CH 3 

H 

H 

H 

Estradiol 

CH 3 

Progesterona 

básica dos 

esteróides 

CH 3 

H H 

CH 3 

H 

O 

OH

Atividade 1 

Escreva estruturas bicíclicas, conforme descrito a seguir, para anéis fundidos 

de moléculas orgânicas contendo apenas carbono e hidrogênio: 

a) um anel de quatro com um de seis membros; 

b) dois anéis de cinco membros; 

c) um anel de cinco com um de seis membros. 

Nomenclatura de cicloalcanos 

A representação das estruturas por notação de linhas é a menos trabalhosa e mais 

adequada para os alcanos cíclicos. A nomenclatura desses compostos é uma extensão das 

regras para os alcanos lineares, as quais estão descritas a seguir. 

Regra 1 – Relacionar o nome da cadeia cíclica com a da cadeia acíclica, nomeando o cicloalcano. 

Regra 2 – Numerar os substituintes. 

Iniciar a numeração dos grupos com prioridade alfabética e seguir ao redor do anel na direção 

em que o segundo substituinte tenha o menor número possível ou, ainda, a menor seqüência de 

números para mais de dois substituintes. Veja os exemplos na representação a seguir. 

Metilciclo 

propano 

1-etil-1-metilciclo 

propano 

ciclobuticiclo 

exano 


6 

Grupo cicloalquila 

Análogo ao grupo alquila, 

sendo agora cíclico, 

exemplos: ciclobutil, 

ciclopropil etc. 

Derivado cíclico cis 

Indicam dois grupos 

substituintes iguais ou 

diferentes apontando para 

mesma face de um anel ou 

dupla ligação. 

Derivado cíclico 

trans 

Indicam dois grupos 

substituintes iguais ou 

diferentes apontando para 

faces opostas de um anel 

ou dupla lilgação. 


Somente é necessário numerar os átomos se houver dois ou mais substituintes. Quando 

duas seqüências são possíveis, a ordem alfabética dos substituintes dá a precedência. 

Um ciclo alcano quando é substituinte torna-se um grupo cicloalquila e os cicloalcanos 

substituídos são nomeados como derivados de cicloalquila. Em geral, a menor unidade é 

tratada como um substituinte da maior unidade, por exemplo, diz-se propilciclopentano (e 

não ciclopentilpropano) e cicloexiloctano (e não octilcicloexano). 


Represente a estrutura das seguintes moléculas orgânicas cíclicas: 

a) 1,1-Dimetilciclopentano; 

b) 1-Etil-3-metil-cicloexano; 

c) 1-ciclopropil-3-Etilcicloexano. 

Estereoisomeria em cicloalcanos 

Os cicloalcanos com presença de dois substituintes em carbonos distintos podem ser 

visualizados imaginando um plano de referência. Se dois substituintes, um em cada 

carbono, apontam para a mesma face desse plano, teremos um derivado cíclico cis, ao 

contrário, se apontam para faces distintas, o derivado é trans. Essa denominação é incorporada a 

sua nomenclatura, como mostra o exemplo a seguir. Esses estereoisômeros, também chamados 

isômeros geométricos, não podem ser interconvertidos sem que haja a quebra e a reforma da 

ligação, como mostra a representação a seguir dos isômeros cis e trans do ciclo propano. 

H 3 C CH 3 

H 

H 

cis - 1,2 

dimetilciclopropano 

H 3 C 

H 

H 

CH 3 

trans - 1,2 

dimetdimetil ciclopropano


Represente a estrutura para as moléculas orgânicas cíclicas: 

a) cis-1-cloro-2-metilciclopentano; 

b) trans-1-t-butil-3-metilciclohexano. 

Estabilidade dos cicloalcanos 

Quando observamos a estrutura dos primeiros cicloalcanos, vemos que os ângulos 

internos dos polígonos regulares correspondentes são teoricamente bastante 

desviados do ângulo de 109,5°, do tetraedro regular, para o ciclopropano, com 

60°, e para o ciclobutano, com 90°. Ao se analisar os calores de combustão para os 

derivados cicloalcanos, observa-se diferenças significativas para alguns anéis em relação 

ao correspondente de cadeia linear, sendo encontrados valores maiores. Essa diferença é 

atribuída à tensão anelar, que é a tensão adicional em relação aos análogos cíclicos, devido 

à tensão angular, resultante da compressão teórica para um ângulo inferior ao ângulo 

normal do tetraedro regular; e à tensão torcional, devido às conformações eclipsadas (em 

coincidência) dos átomos ou grupos ligados ao anel. 

Na Figura 1, mostrada a seguir, podemos ver, na estrutura do ciclopropano, os hidrogênios 

todos na conformação em coincidência, resultando em tensão torcional. A estrutura do 

ciclopropano é plana e rígida, o que impede a rotação das ligações C-C, aliviando essa tensão. 

Podemos observar também que os ângulos internos C-C-C do ciclo propano impõem 

ângulos de 60°, o que é um desvio significativo do ângulo do tetraedro regular de 109,5°. 

Cálculos matemáticos sugerem uma combinação curva entre os orbitais atômicos na formação 

da ligação C-C, permitindo uma melhor acomodação ao ângulo imposto pela hibridização do 

carbono. Isso leva à menor sobreposição dos orbitais e conseqüentemente à formação de 

uma ligação C-C mais fraca. Os ângulos de ligação C-C-C não são 60° tampouco 109,5°, 

mas sim próximos àquele originado pelas linhas tracejadas na direção dos orbitais atômicos 

que não se superpõem frontalmente (veja a Figura 1, estrutura (a)). A ligação “curva” ajuda a 

entender como anéis tão tensionados são formados. Essa menor sobreposição proporciona 


8 

H 

H 

c 

H 

c 

H H 

H 

(a) 

H 

H 

H 

c 

H 

H 

cis 

H 

H 

c 

H 

H 

c 

1.089 

(b) 

1.510 

H 

c 115º 

88º 

H 

H 

H H 


ângulos próximos a 104°, como pode ser visto na figura a seguir. A menor estabilidade 

de certos compostos cíclicos, atribuída à tensão angular, deve-se efetivamente à menor 

sobreposição dos orbitais atômicos. A energia oriunda da distorção do ângulo tetraédrico 

nos anéis ciclo alcano é denonimada tensão angular. 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

(c) 

H 

H 

H 

H 

CH 2 

Figura 1 – Representações do ciclo propano 

A Figura 2 mostra o ciclobutano, com sua geometria planar impondo ângulos internos 

de 90° e conformação em coincidência para todos os átomos. Para reduzir essa tensão 

torcional, o ciclobutano assume uma forma ligeiramente dobrada forçando a um ângulo 

ligeiramente menor. Esse aumento de tensão angular parece ser então compensado pela 

diminuição da tensão torcional, sendo ainda necessário pensar no modelo de ligação curva, 

como também no ciclopropano, para justificar o desvio do ângulo tetraédrico. 

Para o ciclopentano, caso fosse de geometria planar, teria ângulos internos de 108°, 

portanto, muito próximos do valor do ângulo do tetraedro. Essa conformação planar, porém, 

teria dez interações H-H em coincidência. A molécula adota então a conformação dobrada e 

meia cadeira como forma de diminuir a tensão torcional, mesmo em função do aumento da 

tensão angular, entretanto, com tensões menores que o ciclopropano e ciclobutano. 

Figura 2 – Representações do ciclobutano e ciclopentano 

H 

H 

(d)

Cicloexano 


O ciclo butano pode dobrar-se para cima ou para baixo, dependendo dos 

substituintes presentes. Desenhe os seguintes ciclobutanos nas duas 

conformações dobradas que se interconvertem. Indique a conformação mais 

estável, se houver, e os tipos de tensões envolvidas. 

a) cis-1,2-dimetilciclobutano; 

b) trans-1,2-dimetilciclobutano. 

Ocicloexano é uma das unidades estruturais mais importantes na Química Orgânica e não 

tem tensão angular ou torcional dentro do erro experimental. Se fosse planar, provocaria 

tensão torcional devido às 12 interações H-H e tensão angular (ângulo do hexagono 

regular é 120°). Para minimizar as interações originadas por uma conformação em coincidência, 

a molécula adota uma estrutura não planar, dobrando-se por meio do afastamento do plano, 

formado pelos carbonos 1 e 4 em sentidos opostos, resultando na conformação cadeira 

(observe a semelhança com o objeto de mesmo nome). Nesse arranjo, não há coincidência entre 

os hidrogênios vizinhos, e os ângulos internos do anel tornam-se muito próximos ao ângulo do 

tetraedro regular, estruturas (a,b) e a conformação de Newman (c) da Figura 3. 

Outro arranjo pode resultar da “dobra” da molécula, um deles é a forma bote, que 

ocorre quando na dobra da estrutura os carbono 1 e 4 se afastam do plano no mesmo 

sentido. Tal forma é 6,9 kcal/mol menos estável do que conformação cadeira, o que se deve 

à tensão resultante da coincidência dos átomos de hidrogênio na base da forma bote. Outro 

efeito desestabilizador desse arranjo é a tensão estérica derivada da aproximação entre os 

dois hidrogênios internos da forma bote. Essa tensão, quando aparece entre elementos do 

mesmo anel, é chamada de tensão transanular (latim, trans, através, e anulus, anel), como 

é o caso das estruturas (g) da Figura 3. 

A conformação bote do cicloexano é relativamente flexível. A torção de uma das ligações 

C-C, em relação à outra, resulta na conformação bote torcido e, dessa forma, miniminiza 

a interação transanular da conformação anterior, produzindo estabilização em 1,4 kcal/mol, 

como pode ser visto nas estruturas (h), (i) da Figura 3. Essas conformações têm conseqüência 

importante no que diz respeito às posições dos substituintes no anel do cicloexano. 

Tensão estérica 

Tensão originada quando 

dois grupos de átomos 

volumosos se aproximam 

tanto, que suas nuvens 

eletrônicas começam a 

sofrer forte repulsão. 

Tensão transanular 

É a tensão estérica entre 

grupos de átomos, no 

mesmo anel. 


10 

H 


H 

H 

H 

H H H H 

H 

H 

H 

H 

H 

HH H H 

H 

H 

H H 

H 

H 

H H 

H H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

CH 2 

CH 2 

H H 

a b c 

d e f 

CH2 CH2 H 

HH HH 

(g) 

g h i 

Figura 3 – Representação de conformações do cicloexano 

As conformações têm um estado de energia associado a elas, como está mostrado na 

Figura 4, em que a conformação cadeira é a mais estável, seguido do bote torcido e da forma 

bote. Para essas interconversões, a molécula deve passar pela conformação meia cadeira, 

menos estável. A maioria das moléculas do cicloexano e derivados mais simples prefere 

conformação cadeira. A barreira de energia é suficientemente baixa de forma a permitir 

muitas conversões a cada segundo. 

H 

H 

H 

H

Energia 

4 

cadeira 

5 

3 

6 

2 

1 

4 

5 

6 

1 

3 2 

2 

3 

Meia cadeira Meia cadeira 

Bote 

torcido 

Bote 

4,1 Kcal / mol 5,5 Kcal / mol 

4 

Bote 

torcido 

Figura 4 – Energias relativas das conformações cadeira do cicloexano 

Posições axiais e equatoriais do cicloexano 

5 

6 

1 

10,8 Kcal / mol 

Na conformação cadeira do cicloexano, observa-se a ocorrência de dois tipos de 

conformação para o hidrogênio. Os seis hidrogênios das ligações C-H paralelas entre si e, ao 

eixo principal, são denominados hidrogênios axiais, os outros seis, quase perpendiculares 

ao eixo principal, são hidrogênios equatoriais. 

Na representação das estruturas a seguir, mostramos como as conformações podem 

ser interconvertidas a partir da forma cadeira (a); ao dobrarmos a extremidade mais à 

esquerda (C ), convertemos para a conformação bote; e, a partir desta, dobrando agora 

1 

a extremidade mais à direita (C ) no sentido contrário à primeira, os hidrogênios, antes 

4 

axiais, estão agora na equatorial. A energia de ativação para essa mudança é 10,8 kcal/ 

mol, sendo um valor pequeno, e a interconversão é muito rápida mesmo à temperatura 

ambiente. Essa degenerescência é eliminada quando temos a presença de um ou mais 

substituintes no anel. Para melhor compreensão das conformações, é importante o 

acompanhamento com o auxílio de modelos moleculares. Acompanhe as transformações 

e desenhe conforme as instruções descritas. 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H H 

H 

H 

H 

H 

H 

H H 

2 

3 

1 

4 

3 

4 

2 

1 

3 

1 

2 

4 

3 

2 

H 

H 

(a) 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

(b) 4 

1 

4 

4 (c) 

H 

4 

3 

5 

cadeira 

2 

6 

1 

Hidrogênios axiais 

Denominação dos 

hidrogênios que, na 

conformação cadeira, 

estão orientados 

perpendiculares ao plano 

do anel. 

Hidrogênios 

equatoriais 

Denominação dos 

hidrogênios que, na 

conformação cadeira, 

estão orientados o mais 

próximo da direção 

do plano do anel, o 

“equador”. 


12 


É importante que você se habitue a desenhar as conformações aqui apresentadas, pois 

auxiliam muito a compreender e visualizar os conceitos. Observe as várias combinações 

paralelas, na representação anterior (estrutura c), indicadas pelos números iguais sobre as 

ligações, a fim de se obter um desenho adequado da conformação cadeira para o cicloexano. 

H 


Com o auxílio de modelos moleculares, monte a estrutura cicloexano 

e observe as posições axiais e equatoriais, ou seja, as interconverções 

mostradas nas Figuras 3 e 4. 

Cicloexanos monosubstituídos 

Um substituinte presente no cicloalcano pode ocupar a posição áxil ou equatorial na 

forma cadeira do cicloexano. Disso pode depender, em muitos casos, a reatividade de uma 

molécula. No exemplo a seguir, são representadas as duas conformações do metil-cicloexano 

que estão em equilíbrio, a análise dos efeitos de impedimento estérico pode mostrar se há 

conformações com energia diferente. 

Dados experimentais indicam que a conformação com o grupo metila na posição equatorial 

é a mais estável cerca de 1,7 kcal/mol. Com auxílio das projeções de Newman, podemos 

compreender tal diferença. Na representação seguinte, observamos, para a conformação com 

a metila na posição axial, duas interações do tipo gauche entre a metila em C e o metileno em 

1 

C e C , enquanto para a metila, na posição equatorial, a relação anti com C e C tem menor 

3 5 3 5 

energia, considerando os efeitos estéricos, veja as estruturas das representações a seguir. 

H 

H 

H 

3 

H 

1 

H 

(a) 

hidrogênios não 

representados 

para clareza 

(B) 

4 

H 

5 

CH2 CH 2 

CH 3 

CH 3 

6 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

4 

3 

H 

H 

CH 2 

5 

CH2 1 

CH 3 

H 

H 

6 

CH 3 

H

Além da interação gauche, que desestabiliza um grupo substituinte na axial, outra 

interação desestabilizante aparece entre o substituinte nessa posição e o hidrogênio axial 

no carbono 3 e 5. Essa proximidade sofre tensão estérica entre os grupos e, nesse caso, é 

denominada de interação 1,3-diaxial, minimizada quando o substituinte está na posição 

equatorial. Grupos substituintes maiores, como esperado, causam maiores diferenças de 

energia entre as conformações, devido a repulsões maiores. 

Cicloexanos disubstituídos 

Para predizer qual o confôrmero mais estável em um cicloexano com mais de um 

substituinte, podemos analisar as conformações desses derivados. A tensão estérica entre 

substituintes grandes é particularmente severa quando ocorre a interação 1,3-diaxial. No 

composto, o cis-1,3-dimetil-cicloexano apresenta dois grupos substituintes no mesmo lado de 

uma face do anel, essa tensão será minimizada pela dobra da molécula para adotar a nova 

conformação com os grupos na posição equatorial, mostrados nas representações a seguir. 

Interação 

1,3 - diaxial 

H 

H 

(a) 


representados 

para clareza 

(b) 

CH 3 

4 

H 

CH 3 

3 1 

5 

CH2 CH 2 

CH 3 

CH 3 

6 

H 

H 

H 

CH3 

H 

CH3 3 

Para o derivado trans (grupos em faces opostas do plano do anel), analisando a 

interconversão das conformações, vemos que as duas são idênticas quando os substituintes 

são iguais, e também que mostra um grupo na axial e outro na equatorial, mesmo após 

interconversão, como mostra a representação seguinte. 

H 

H 

4 

CH 2 

5 

CH2 1 

CH 3 

H 

H 

6 

CH 3 

H 

Interação gauche 

Tensão estérica originada 

quando dois grupos de 

átomos estão separados 

pelo ângulo diedral de 60°. 

Interação 1,3-Diaxial 

Interação entre dois 

grupos na posição axial 

dos carbonos 1 e 3 em 

anéis de cicloexano. 


carbono 

“cabeça de ponte” 

Átomo de carbono 

compartilhado por dois ou 

mais anéis. 

14 


H 

H 

Axial 

Equatorial 

(a) 


representados 

para clareza 

CH3 Axial 

(b) 

CH 3 

4 

H 

CH 3 

3 1 

5 

CH2 CH 2 

H 


H 

6 

H 

CH 3 

H 

CH 3 

Equatorial 

CH3 

H 

CH3 3 

Com o auxílio de modelos moleculares, monte as estruturas das representações 

anteriores e analise as interações de substituintes alquila numa molécula 

de cicloexano. Para isso, monte substituições nas posições 1,2; 1,3; 3,1,4 e 

relações cis e trans dos substituintes. 

Quando os grupos substituintes são diferentes, a conformação com o grupo mais 

volumoso na posição equatorial é a conformação mais estável. 

Anéis bicíclicos 

Dois ou mais anéis podem ligar-se e formar sistemas bicíclicos ou policíclicos que, em 

geral, ocorrem ligados por um dos três modos: em junção, o mais comum, compartilham 

átomos de carbono; anéis unidos por pontes, também comuns, compartilham dois átomos 

de carbono não adjacentes (carbono “cabeça de ponte”), essa ponte podendo conter um 

ou mais carbonos; e, por último, compostos espirocíclicos, em que dois anéis compartilham 

somente um átomo de carbono, sendo esses compostos mais raros. 

A nomenclatura dos anéis bicíclicos é baseada no nome do alcano com mesmo número 

de carbono que existe no sistema anelar, adicionado ao prefixo biciclo, e um conjunto de 

números em ordem decrescente entre colchetes, indicando o número de carbonos em cada 

ponte do anel, não, considerando aquele da fusão de anel. 

H 

H 

4 

CH 2 

5 

CH2 1 

H 

H 

6 

CH 3 

H 

H

Na representação a seguir, mostramos um exemplo básico dessa nomenclatura. 

Biciclo [4.4.0] 

Decano 

(Decalina) 

Biciclo [2.2.1] 

Heptano 

(Norborneno) 

O número de carbonos da “ponte” é 

escrito em colchetes e ordem decrescente. 

H2 C 

H H2 C 

H C 2 9 

10 C 1 

2 

3 CH2 8 H C 2 

7 

C 

C 6 

5 

C 

4 

CH2 H2 H H2 Decalina (biciclico (4.4.0)) Decano 

o carbono 1 e 6 são da “cabeça da ponte” 

H 

H 

H 

cis - Decalina trans - Decalina 


or 

cis - Decalina 

Espiro [4.3] 

Octano 

Setas assinalam 

carbonos em 

“cabeça de ponte” 

O composto formado pela junção de dois anéis do cicloexano, a decalina, apresenta 

isomeria cis-trans; na cis-decalina, os dois átomos de hidrogênios, ligados aos átomos 

da cabeça de ponte, estão no mesmo lado do anel; na trans-decalina, eles estão em lados 

opostos. As rotações simples dos grupos sobre as ligações C-C não interconvertem as cis- e 

trans-decalina, veja a representação seguinte. 

A decalina é uma base estrutural importante presente em compostos com atividade 

em organismos vivos. Os esteróides, por exemplo, são abundantes na natureza e muitos 

possuem importante atividade fisiológica, como já destacamos. 

H H 

H H 

H 

trans - Decalina 

Construa modelos moleculares para a cis- e a trans-decalina. Discuta a 

flexibilidade conformacional desses sistemas. 


16 


Fórmulas moleculares 

e fórmulas empíricas 

Aanálise quantitativa elementar dos compostos orgânicos é uma ferramenta analítica 

importante, fornece a quantidade de carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio a 

partir de pequena quantidade de amostra, precisamente conhecida, através de sua 

combustão completa. A fórmula mínima ou empírica pode ser determinada usando-se a 

relação molar com a massa de cada elemento presente na amostra e, conhecendo-se a 

massa molecular do composto, podemos determinar a fórmula molecular exata. 

A fórmula empírica é a razão relativa mais simples dos elementos presentes na molécula e 

a fórmula química nos dá os elementos e suas quantidades na molécula do composto. Vamos 

supor, por exemplo, que um composto desconhecido teve sua análise quantitativa elementar 

determinada, a qual mostrou 39,99% de carbono; 6,73% de hidrogênio; e o restante percentual 

sabemos tratar-se de oxigênio, logo esse percentual (obtido por diferença) é de 53,28%. 

Os percentuais são obtidos por regra de três simples a partir de gramas da amostra, 

com gramas dos produtos obtidos na combustão, água (H O) para o hidrogênio, e dióxido de 

2 

carbono (CO ) para o carbono. Para converter esses números em fórmula empírica, seguimos 

2 

um procedimento simples. Como trabalhamos com percentual, considere que a amostra 

analisada continha exatos 100,0 g; logo, o percentual nos dá a quantidade de gramas de 

cada elemento. Se lembrarmos que o número de mols é obtido pela relação massa dividido 

por massa molecular, encontramos o número de moles de cada elemento nessa amostra de 

100g. Em seguida, dividindo cada número de moles pelo menor número destes, obtemos a 

razão de átomos (veja a Figura 5). 

gH = gH 2 O (2,016g H : 18,015g H 2 O) 

% H = (g H : g Amostra) 100 

gC = gCO 2 (12,01g C : 44,01g CO 2 ) 

% C = gC : g Amostra) 100 

39,99g : 12,01 = 3,33 mols de carbono 

6,73g : 1,01 = 6,66 mols de hidrogênio 

53,28g : 16,00 = 3,33 mols de oxifênio 

C 3,33 : 3,33=1 

H 6,66 : 3,33=2 

O 3,33 : 3,33=1 

Figura 5 – Exemplo de cálculo de fórmula empírica 

Observando os cálculos, o resultado final mostra a razão de um carbono para dois 

hidrogênios e um oxigênio. Tal resultado produz a fórmula empírica CH O , que é a razão 

2 1 

molar dos elementos. A fórmula molecular do composto analisado, se não for o formaldeído, 

que tem exatamente essa fórmula, pode ser um múltiplo dessa fórmula empírica, tais como 

C H O , C H O etc. 

2 4 2 3 6 3 

CH 2 O

Para encontrar a fórmula molecular correta conhecendo a fórmula empírica, precisamos 

conhecer a massa molecular, que pode ser determinada por outros métodos analíticos. Dentre 

estes, o mais atual e preciso é a espectrometria de massas. Conhecendo a fórmula empírica e 

o valor da massa molecular, podemos determinar a massa molecular para o composto. Como 

exemplo, podemos supor que temos um composto qualquer com massa molecular cerca de 60, 

e a análise elementar mostrou que a fórmula empírica é CH O. Como essa unidade tem massa 

2 

molar igual a 30,0 g/mol, nossa conta deve ser: quantas unidades dessa fórmula estão contidas 

em nossa massa molecular. Calculando, resulta em duas unidades, logo, nosso composto 

desconhecido deve ter a fórmula 2 x CH O, produzindo C H O , o ácido acético (CH CO H). 

2 2 4 2 3 2 


Um composto desconhecido contendo C, H e O teve sua análise quantitativa 

elementar determinada a qual mostrou 38,70% de carbono e 9,75% de 

hidrogênio. Determine a fórmula empírica do composto. 

Representação de 

fórmulas estruturais 

Afórmula química de uma molécula orgânica (também inorgânica) é a maneira de 

escrever ou indicar quais são os elementos atômicos existentes na molécula, bem 

como sua quantidade. Várias são as formas de representar a estrutura das moléculas 

orgânicas, a escolhida deve ser aquela que melhor demonstra os aspectos que às vezes é 

necessário ressaltar. É imprescindível saber expressar corretamente uma estrutura. 

As quatro ligações do carbono assumem a forma tetraédrica quando este forma 

apenas ligações simples; quando forma ligação dupla com outro elemento, assume a 

forma triangular; e quando forma ligação tripla, a forma linear. Na representação seguinte, 

mostramos algumas formas de escrever estruturas de compostos orgânicos, com as 

estruturas condensadas e de linhas. 


18 

Notação de linhas 

Representação em 

zig-zag subentendendo 

um carbono em 

cada interseção e os 

hidrogênios ou outra 

ligação C-C completando 

sua valência. 


H C CH CH CH CH CH H C CH CH CH CH CH 3 2 3 

3 2 2 

Expandida 

CH 2 

CH 3 

CH3 CH2 CH 3 

CH CH CH(CH )CH(CH CH )CH(CH )CH CH 3 2 3 2 3 3 2 3 

Condensada 

O O 

Estereoisômeros 

Na notação em linha, a linha cheia representa o plano do 

papel, o átomo ou grupo à frente do plano e o átomo 

ou grupo atrás. 

CH 3 

CH3 CH2 CH 3 

Expandida 

CH 3 

Notação de linhas 

Estereoisômeros 

Com a estrutura de Lewis, representam-se todos os elétrons ligantes e não-ligantes 

por pontos, mas ela pode muitas vezes não ser a mais adequada, por ser muito trabalhosa 

para moléculas mais complexas. Com a estrutura expandida ou de Kekulé, mostramos 

todas as ligações por traços e, respeitando a valência do elemento e suas conectividades, 

os elétrons não-ligantes, quando houver, por exemplo, nos heteroátomos, podem ou 

não ser representados dependendo da importância no contexto que se quer representar 

ou explicar. Na estrutura condensada, a estrutura de Kekulé é escrita de modo mais 

simples e todos os átomos de hidrogênio que são ligados a um carbono em particular 

são normalmente escritos imediatamente depois do carbono. Essa estrutura pode ainda 

conter traços para representar uma ramificação ou heteroátomo. 

A representação ou notação de linhas é mais simples, os átomos não são mostrados e 

subentende-se que cada carbono está representado por cada intersecção de linhas desenhadas 

em ziz-zag ou dobradas. Quando estão presentes somente carbonos e hidrogênios, 

subentende-se que este último está presente em cada interseção. Quando estão presentes 

grupos funcionais distintos, estes devem ser representados unidos por um traço a cadeias 

em zig-zag (e seus elétrons não ligantes podem ou não ser representados) e o hidrogênio, se 

não estiver representado, subentende-se que está completando a tetravalência do carbono. 

Muitas vezes, precisamos representar determinadas ligações com outros átomos ou 

grupos de átomos de forma tridimensional (lembre-se da forma tetraédrica do carbono), 

que é o modo mais simples. É usual representar duas ligações do carbono no plano do 

papel e as outras duas da seguinte forma: uma representada por um traço em cunha 

cheia com o objetivo de indicar uma ligação saindo para frente do plano do papel, e a 

outra ligação em cunha vazada que indica uma ligação saindo para trás do plano do papel, 

representando então a geometria tetraédrica.


Represente para os compostos a seguir denominados, a estrutura expandida 

ou de Lewis, a estrutura condensada e a estrutura de linhas. 

a) 4-Cloro-3,3-dimetilexano 

b) trans-1,2-Dimetilpentano. 

Ácido/base e eletrófilo/nucleófilo 

Muitos compostos orgânicos atuam como espécies ácidas ou básicas. É útil 

relembrar os conceitos ácidos/bases e em seguida relacionar com termos 

bastante utilizados em Química Orgânica. Na definição de Arrhenius, a espécie 

ácida é aquela que em solução aquosa se dissocia produzindo a espécie química H 3 O 

; e 

base é a espécie que em solução aquosa se dissocia produzindo íons hidroxila (OH – 

). Tais 

definições limitam o solvente à água. 

Uma posterior definição foi feita por Bronsted e Lowry: ácido é qualquer espécie que 

pode doar um íon hidrogênio, e base, qualquer espécie que pode aceitar um íon hidrogênio. 

Essa definição ampliou o conceito anterior, pois incluiu compostos com comportamento 

básico como a amônia (NH 3 ) que não contém hidroxila (OH), mas pode em presença de água 

aceitar um íon hidrogênio e formar íon hidroxila (OH – 

) em água. 

Um conceito mais amplo ainda foi estabelecido por Gilbert N. Lewis que pensou não 

em termos de transferência de íons hidrogênio, mas em termos de ligações químicas 

que estão sendo formadas e rompidas. Uma base de Lewis é uma espécie química capaz 

de doar um par de elétrons a um sítio deficiente de elétrons. Um ácido de Lewis é uma 

espécie química capaz de aceitar um par de elétrons. Como podemos perceber, esse 

conceito abrange os conceitos anteriores. 

Alguns termos associados a ácidos e bases envolvem significados específicos na 

Química Orgânica, as reações ocorrem rompendo e formando novas ligações, na maioria da 

vezes. Um átomo que possua elétrons não ligantes ou mesmo excesso de densidade negativa, 

como uma carga elétrica negativa, atuará como uma base de Lewis, a qual é denominada 

também de nucleófilo (literalmente: ávido (philic) por núcleo (nucleus)); e um sítio na 

Nucleófilo 

Espécie química (neutra ou 

carregada negativamente) 

que tem par de elétrons 

livres. É denominada 

nucleófilo quando ataca 

(reage) um centro de 

polaridade positiva. 


20 

Eletrófilo 

Espécie química que 

tem átomo polarizado 

positivamente. É 

denominado eletrófilo 

quando é atacado 

(reage) por um centro de 

polaridade negativa. 

Fluxo de um 

par de elétrons 

A simbologia para essa 

indicação é: uma seta de 

duas pontas indica o fluxo 

de um par de elétrons, e a 

seta de uma ponta, o fluxo 

de um elétron, como nos 

radicais livres. 


molécula capaz de atuar como ácido de Lewis é denominado de eletrófilo (do grego: ávido 

por elétrons). Quando queremos mostrar numa reação química a interação de um centro 

nucleofílico com um centro eletrofílico, representamos o fluxo de um par de elétrons do 

sítio doador de elétrons para o sítio aceptor de elétrons por uma seta curva. O movimento 

de cada par de elétrons envolve a quebra e formação de ligações. Este formalismo é usado 

também na indicação do fluxo de elétrons para formação das estruturas de ressonância. Na 

representação seguinte, são mostrados exemplos dessa simbologia. 

H 

Nucleófelo Eletrófilo 

H 

N 

H 

F 

B 

F 

H C O CH 3 H C Cl 

3 


H 

H 

F 

H 

H 

+ 

N 

H 

H 

H 

F 

B 

F 

O C H Cl 

Para cada molécula, indique a região molecular ou átomos onde esteja 

localizada o sítio nucleofílico e eletrofílico, ou apenas um deles. 

a) Metanol, acetona, água, ácido nítrico. 

Nesta aula e na anterior, estudamos a classe dos alcanos. Vimos a estrutura básica 

de derivados cíclicos. Esse estudo tem importância fundamental para a continuação do 

aprendizado da Química Orgânica, pois a partir deste derivam estudos conformacionais 

mais complexos e a estrutura básica para as nomenclaturas de outras moléculas orgânicas. 

Estas e outras estruturas relacionadas a cadeias, anéis etc. estão presentes em biomoléculas 

de todos os sistemas vivos. Em relação às propriedades químicas dos alcanos, embora 

não venham a ser estudadas nessa disciplina, devemos destacar que a ausência de grupos 

funcionais torna esses compostos pouco reativos (pode não parecer verdade para aqueles 

que se lembram da queima de combustíveis, exemplo típico da combustão). Assim, talvez 

seja melhor explicar que essa classe de composto tem alta energia de ativação (necessário 

para o início da reação) para suas reações características: a combustão e reações via radicais 

livres. Para a maioria dos alcanos, após a etapa de ativação, a reação é auto-sustentada, 

libera muito mais energia do que consome e dessa forma se mantém. 

F

1 

2 

3 

Resumo 

Nesta aula, você estudou os alcanos cíclicos, formados apenas por carbono e 

hidrogênio, unidos por ligações simples, formando anéis de vários tamanhos, 

parte da classe dos hidrocarbonetos. Esses sistemas anelares estão muito 

presentes em compostos de origem natural com importantes atividades 

biológicas. A forma segura e sistemática para nomear esses compostos está 

baseada na nomenclatura dos alcanos lineares. Vimos que os compostos 

cíclicos, em geral, não são planares e dobram-se para aliviar a tensão imposta 

pelo desvio do ângulo tetraédrico ideal de 109,5°, e as tensões torcionais, 

originadas pelas conformações eclipsadas (em coincidência). As propriedades 

físicas dos cicloalcanos acompanham as de seus similares lineares, entretanto, 

mostrando maior organização devido aos menores graus de liberdade, 

impostos pela estrutura cíclica. Essencialmente apolares, têm, como principal 

força de atração intermolecular, as forças de London. Interações semelhantes 

têm importantes implicações na conformação dessas cadeias cíclicas. As 

conformações, agora, de forma intramolecular e de natureza repulsiva (devido 

à maior proximidade de átomos ou grupo de átomos), nessas cadeias cíclicas, 

podem gerar conformações com energias diferentes e conseqüentemente 

preferenciais. Relembramos os conceitos de ácido e base, relacionamos ao 

conceito de eletrófilos e nucleófilos. Mostramos também como representar 

uma estrutura orgânica de modo adequado e de formas distintas. 

Auto-avaliação 

Desenhe todos os isômeros possíveis para os compostos com fórmula geral C 6 H 14 . 

Usando a notação em linhas, desenhe as seguintes estruturas: 

a) 3-etil-3-ciclopentilexano; 

b) 1,1-dicloro-3-etilcicloexano; 

Desenhe as estruturas dos compostos: 

c) 2-metil-3-isopropileptano. 

a) trans-1-cloro-2-etil-ciclopropano. b) cis-1,3-dicloro-2,2-dimetil-ciclobutano. 


22 


4 

5 

6 

Explique a razão da não planaridade das cadeias cíclicas dos alcanos. 

A molécula 2,2-dimetilpentano possui conformações mais ou menos estáveis que 

o pentano? Represente com auxílio de desenhos. 

Faça o que se pede nos itens a seguir. 

a) Desenhe as duas conformações cadeira do composto 

cis-1,2-dimetil-ciclo-hexano e explique o composto mais estável. 

b) Repita para o isômero trans. 

c) Preveja qual dos dois isômeros, cis- e trans- é o mais estável, explique. 

Referências 

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Científicos,1976. 

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MORRINSON, R.; BOYD, R. Química orgânica. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1992. 

SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química orgânica. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e 

Científicos, 2001. v. 1 e 2. 

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4. ed. New York: MacMillan Publishing Company, 1992. 

VOLLHARDT, K. P. C.; SCHORE, N. E. Química orgânica. Porto Alegre: Bookman, 2004. 

WADE JUNIOR, L. G. Organic chemistry. New Jersey: Prentice Hall,1995.

Anotações 


24 


Anotações

Química da vida: Cicloalcanos

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