1
O estudo do carbono
A estrutura dos compostos orgânicos começou a ser desvendada a partir da segunda metade do século XIX, com as idéias de Couper e Kekulé sobre o comportamento químico do carbono. Dentre essas idéias, hoje conhecidas como postulados de couper-kekulé, três são fundamentais:
01) O átomo de carbono é tetravalente (estado hibridizado)
03) Átomos de carbono ligam-se diretamente ente si, formando estruturas denominadas cadeias carbônicas.
02) As unidades de valência do carbono são iguais entre si
2
Na ligação signa (), a interpenetração de orbitais é frontal, segundo um mesmo eixo. É uma ligação forte, difícil de ser rompida. Ocorre entre vários orbitais, tais como s, o p ou os híbridos.
3
Na ligação pi (), a interpenetração de orbitais é lateral, segundo eixos paralelos. É uma ligação fraca, mas fácil de ser rompida. Ocorre apenas entre orbitais do tipo p “puro”.
4
No estado fundamental, o carbono (Z=6) possui apenas 2 elétrons desemparelhados e, desse modo, só poderia fazer 2 ligações covalentes comuns:
1s², 2s², 2p²
No entanto, o carbono é tetravalente. Para explicar esse fato utilizamos a teoria da hibridação de orbitais resumida abaixo:
Hibridação sp3 Hibridação sp2 Hibridação spTipos de Ligação 4 ligações 3 ligações e 1 2 ligações e 2
Ângulos entre as ligações 109º 28’ 120º 180ºGeometria Tetraedro regular Trigonal plana LinearExemplos etano: C2H6 eteno: C2H4 etino: C2H2
5
etano, tetraedro regular
eteno, trigonal plana
etino, linear
6
É comum classificarmos um determinado átomo de carbono na cadeia de um composto orgânico pelo número de átomos de carbono que está(ão) diretamente ligado(s) a ele, independente do tipo de ligação (simples, dupla, tripla). Essa classificação é importante para o estudo das reações orgânicas.
Classificação Carbono Primário CarbonoSecundário
CarbonoTerciário
CarbonoQuaternário
Definição ligado a um outrocarbono
ligado apenas a 2outros carbonos
ligado a 3 outroscarbonos
ligado a 4 outroscarbonos.
Exemplo
7
Cadeias carbônicas – Classificação em resumo
Cadeia aberta, acíclica
ou alinfática
cadeia fechada ou
cíclica
homogênea ou heterogênea
normal ou ramificada
saturada ou isaturada
alicíclica
aromática
homocíclica ou heterocíclica
saturada ou insaturada
mononuclear
polinuclear (condensada ou isolada)
8
Cadeias carbônicas – Exemplos
C
C
C
N
H
H
HH
H
H
H
aberta ou cíclica?
normal ou ramificada?
homogênea ou heterogênea?
saturada ou insaturada?
alicíclica ou aromática?
C
C
CC
C
Cl
OBr
H
H
H H
aberta ou cíclica?
normal ou ramificada?
homogênea ou heterogênea?
saturada ou insaturada?
alicíclica ou aromática?
9
Radicais Orgânicos:
Radiais Alquilas ou alcoílas:
Derivam dos alcanos (saturados) e possuem uma única valência livre (elétron desemparelhado).
Estrutura do nome: prefixo + il ou ila
CH3 A
metil
CH3 CH2
A
etil
CH3 CH2
CH2
A
n-propil
CH3 CH
CH3
A
s-propil ou isopropil
s-butil
A
CH3 CH
CH2
CH3CH3 CH2
CH2
CH2
A
n-butil
C CH3CH3
CH3
A
t-butil
CCH3
CH3
CH2 A
H
isobutil
CH3CH2
CH2CH2
CH2 A
n-pentil
C
H
CH3
CH3 CH2 CH2 A
isopentil ou isoamil
C
H
CH3
CH3 C CH3
A
H
s-pentil ou s-amil
C
A
CH3
CH3 CH2
CH3
t-pentil
CH3
C
CH3
CH3 CH2
A
neo-pentil
10
Radiais Alquenilas:derivam dos alcenos (ligação dupla) e possuem uma única valência livre.
Estrutura do nome: Prefixo+infixo+il ou ila
CH2 C
H
A
etenil ou vinil
CH3 CH
CH
A
propenil
CH2 CH
CH2
A
alil
CH3 C CH2
A
isopropenil
Radiais Alquinilas:derivam dos alcinos (ligação tripla) e possuem uma única valência livre.
Estrutura do nome: Prefixo+infixo+il ou ila
CH C A
etinil
CH3 C C A
propinil
CH C CH2
A
propargil
11
Radiais Cíclicos:derivam dos ciclanos (saturados) e possuem uma única valência livre.
Estrutura do nome: ciclo + prefixo+il ou ila
CH
CH2CH2
A
ciclopropil
CH2
CH2
CH
CH2
A
ciclobutil
CH2
CH2
CH2
CH
CH2
A
ciclopentil
Radical Benzil: não se enquadra em nenhum grupo. Possui um núcleo aromático ligado a um carbono, no qual se localiza a valência livre.
CH2
A
12
Radiais Arila:derivam dos aromáticos e possuem uma única valência livre.
Estrutura do nome: prefixo + il ou ila.
Observação: o nome fenil deriva do feno (benzeno em alemão).
A
fenil
Aalfa
alfa
beta
beta
beta
beta
alfa alfa
alfa-naftil
Aalfaalfa
beta
beta
beta
beta
alfa alfa
beta-naftil
CH3
A
orto-toluil ou o-toluil
CH3
A
meta-toluil ou m-toluil
CH3A
para-toluil ou p-toluil
13
Introdução: Os alcanos, também chamados de hidrocarbonetos parafínicos ou parafinas, são compostos constituídos exclusivamente por carbono e hidrogênio e formam uma série homóloga (de mesma função porém diferem pelo número de átomos de carbono da cadeia principal) de fórmula geral Cn H2n + 2, cujo menor representante é o metano (CH4).
Alcanos são hidrocarbonetos de cadeia carbônica acíclica (alinfática), saturada e homogênea.
Isomeria de cadeia:
CH3C* CH3
CH3
Carbono Assimétricod-3-metil-hexano
l-3-metil-hexano
Isomeria Óptica
Número de isomeros ópticos = 2n, sendo
n = número de carbonos assimétricos
CH3CH3
butano
C
H
CH3
CH3CH3
metil-propano
14
Nomenclatura:
1C Met
CH4 Ligação simples an
Terminação: o
Metano
2C Et
H3C - CH3 Ligação simples an
Terminação: o
Etano
1C = met
2C = et
3C = prop
4C = but
5C = pent
06C = hex
07C = hept
08C = oct
09C = non
10C = dec
11C = undec
12C = dodec
13C = tridec
14C = tetradec
15C = pentadec
16C = hexadec
17C = heptadec
18C = octadec
19C = nonadec
20C = eicos
21C = heneicos
15
Dicas:
Para os alcanos isômeros, os pontos de fusão e ebulição decrescem à medida que a cadeia se ramifica.
CH3 CH3CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3n-pentano
metil-butano dimetil-propano
PE = 36°C
PE = 28°C
PE = 9°C
Aumento da ramificação Diminuição do PF e PE
16
Questão sobre alcanos:
(ITA-SP) A(s) Ligação(ções) carbono – hidrogênio existente(s) na molécula de metano (CH4) pode(m) ser interpretada(s) como sendo formada(s) pela interação frontal dos orbitais atômicos s do átomo de hidrogênio, com os seguintes orbitais atômicos do átomo de carbono:
a) Quatro orbitais p
b) Quatro orbitais híbridos sp3
c) Um orbital híbrido sp3
d) Um orbital s e três orbitais p
e) Um orbital p e três orbitais sp2
17
Introdução: Os alcenos, também chamados hidrocarbonetos etilênicos ou olefinas, são compostos constituídos exclusivamente por carbono e hidrogênio e formam uma série homóloga de fórmula geral Cn H2n, cujo primeiro membro é o eteno (C2H4)
Alcenos são hidrocarbonetos de cadeia carbônica acíclica (alinfática), insaturada com uma única ligação e homogênea.
Isomeria de cadeia
Isomeria Geométrica
CH3CH3
CH3 CH2
CH3
metil - propeno
2-buteno
CH3
CH3
H
H
CH3
H
H
CH3
cis 2-buteno trans 2-buteno
Isomeria de posição
CH3 CH2
CH3CH3
1 - buteno
2 - buteno
18
Nomenclatura:
2C et
H2C = CH2 Ligação dupla en
Terminação: o
eteno
3C prop
H2C = CH – CH2 Ligação dupla en
Terminação: o
propeno
1C = met
2C = et
3C = prop
4C = but
5C = pent
6C = hex
7C = hept
8C = oct
9C = non
10C = dec
19
Dicas:
Os carbonos da dupla ligação do eteno (C2H4) se ligam através de ligação sp2 – sp2 e de ligação p – p.
s
s
s
s
ppsp2
sp2
sp2 sp2
sp2
sp2
pi
20
Questão sobre alcenos:
(Febasp) A fórmula molecular de um hidrocarboneto com a seguinte cadeia carbônica: C – C = C = C – C é:
a) C5H8
b) C5H10
c) C5H6
d) C5H18
21
Introdução: Os alcinos, também chamados hidrocarbonetos etínicos ou hidrocarbonetos acetilênicos, são compostos constituídos exclusivamente de carbono e hidrogênio e formam uma séria homóloga de fórmula geral Cn H2n – 2, cujo primeiro membro é o etino (C2H2).
Alcinos são hidrocarbonetos de cadeia carbônica acíclica (alinfática), insaturada com uma única ligação e homogênea.
Isomeria de posição
CHCH3
1 - butino
CH3CH3
2 - butino
22
1C = met
2C = et
3C = prop
4C = but
5C = pent
6C = hex
7C = hept
8C = oct
9C = non
10C = decNomenclatura:
2C et
H C CH Ligação tripla in
Terminação: o
etino
3C prop
H C C – CH3 Ligação tripla in
Terminação: o
propino
=_
=_
23
Introdução:Os hidrocarbonetos aromáticos, também chamados de arenos, são compostos constituídos exclusivamente de carbono e hidrogênio e que possuem pelo menos um anel benzênico. A Fórmula geral dos hidrocarbonetos benzênicos é: Cn H2n - 6
Isomeria de posição
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
H
H CH3 H CH3
H
cis trans
Isomeria geométrica
Isomeria óptica C* CH3
CH3
H
* Carbono assimétrico
d-sec-butil-benzeno
l-sec-butil-benzeno
24
Nomenclatura: Destacamos os nomes especiais dos radicais ligados diretamente ao anel aromático.
R
orto orto
metameta
para
1
26
35
4
CH3
CH3
1 , 2 - dimetil-benzeno
orto-dimetil-benzeno
3-etil-1-metil-benzeno
1
26
35
4
CH3
CH2
CH3
meta-etil-metil-benzeno
25
Curiosidade
O composto 2,4,6-trinitro-tolueno é um poderoso explosivo, mais conhecido como TNT.
NO2O2N
NO2
CH3
26
Questão sobre aromáticos:
(PUC - RS) As estruturas a seguir representam, na ordem, as fórmulas do tolueno, fenol e ácido benzóico, utilizados, respectivamente, na produção de explosivos, desinfetantes e aromatizantes:
Esses compostos possuem em comum:a) O caráter ácidob) Os pontos de fusãoc) O radical fenilad) A massa moleculare) A função química
CH3OH
O OH
I II III
27
Introdução: Os haletos orgânicos, também chamados derivados halogenados, são compostos que derivam dos hidrocarbonetos pela substituição de átomos de hidrogênio por igual número de átomos de halogênio (F, Cl, Br, I).
Nomenclatura Oficial (IUPAC)
Nesta nomenclatura, o átomo de halogênio é considerado uma ramificação
CH3 CH2
Cl
cloro-etano
CH3 CH2 CH2
Cl Cl
1 , 2 - dicloro-propano
Cl
Cl
1 , 3 - dicloro-benzeno
28
Nomenclatura não oficial: Nesta nomenclatura, obedecemos ao seguinte esquema:
Haleto de _______________________________________nome do radical ligado ao átomo de halogênio
CH3 CH2
Cl
cloreto de etila
H2C
CH2
C I
H
iodeto de ciclopropila
CH2 Br
brometo de benzila
29
BHC (Benzeno-Hexa-Clorado, 1,2,3,4,5,6-hexacloro-cicloexano )
O BHC é usado com um poderoso inseticida.
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
BHC
30
DDT (Dicloro-Difenil-Tricloro-etano)
O DDT é usado com um poderoso inseticida.
C
Cl
Cl
Cl
C Cl
H
Cl
DDT
31
Questão sobre haletos:
(ITA - SP) Em relação a estrutura eletrônica do tetrafluoreto de carbono, assinale a opção que contém a afirmativa errada:
a) Em torno do átomo de carbono tem-se um octeto de elétrons
b) Em torno de cada átomo de flúor, tem-se um octeto de elétrons
c) A molécula é apolar, embora contenha ligações polares entre átomos
d) A molécula contém um total de 5.8 = 40 elétrons
e) Os ângulos das ligações flúor-carbono-flúor são consistentes com hibridização sp3 do carbono.
32
Introdução:Os álcoois são compostos orgânicos que apresentam o grupo oxidrila ou hidroxila (- OH) ligado a átomo de carbono saturado.
Mas, o que ocorre se o grupo –OH não está ligado a átomo de carbono saturado? Temos dois casos a considerar:
O grupo –OH se liga a carbono de dupla ligação, neste caso, o composto pertence à função enol.
O grupo –OH se liga a carbono de núcleo benzênico, neste caso, o composto pertence à função de fenol.
CH2 CH2
OH
CH3
2 - hidroxi - 1 - propeno
OH
Fenol
33
Classificação dos álcoois:Os álcoois tem uma classificação quanto ao número de hidroxilas.
CH3
HC
OH
OH
1 , 1 - diidroxi-etano
Este diol tem as duas oxidrilas ligadas ao mesmo carbono. Ele recebe o nome de diol gêmeo ou gem-diol.
CH2
CH2
CH2
OH OH
1 , 3 diidroxi-propano
Este diol tem as duas oxidrilas ligadas a carbonos separados por um outro carbono. Ele recebe o nome de beta - glicol
CH3
H2C
CH2
OH
OH
1 , 2 - diidroxi-propano
Este diol tem as duas oxidrilas ligadas a carbonos vizinhos. Ele recebe o ome de diol vicinal ou alfa - glicol.
Monoálcool ou monol: Apresenta uma oxidrila na molécula
Diálcool ou diol: apresenta duas oxidrilas na molécula
Triálcool ou triol: apresenta três oxidrilas molécula.
34
Características Físicas: Os álcoois se caracterizam por apresentarem elevados pontos de ebulição; considerando os monoálcoois, verifica-se que os primeiros membros são solúveis em água, e que a solubilidade vai diminuindo com o aumento da cadeia.
CH3 CH2 O
H
CH3
CH2
OH
CH3
CH2
OH----------- -----------
|||
Pontes de hidrogênio entre as moléculas do álcool etílico explicam o seu
elevado ponto de ebulição (PE = +78,5 0 C)
CH3 CH2 O
H
-----------
|||
OH
H
-----------
CH3
CH2
OH -----------
Pontes de hidrogênio entre moléculas de álcool etílico e de água
explicam a solubilidade total.
35
Como explicar a diminuição da solubilidade com o aumento da cadeia?
OHR
Parte apolar
(insolúvel)
Parte polar
(solúvel)
A media que aumenta a cadeia, está aumentando a parte apolar, que é insolúvel; desse modo, as suas propriedades prevalecem e, assim, a solubilidade diminui.
36
a) É um triálcool alifático insaturado
b) Apresenta molécula apolar semelhante à da água
c) Interage com a água por pontes de hidrogênio
d) Apresenta átomo de carbono central assimétrico
e) Pertence à mesma função química da água.
Questão sobre álcoois:
(PUC-RS) O glicerol ou glicerina, é um composto encontrado em cremes e sabonetes, porque esse composto:
CH2 CH2 CH2
OH OH OH
Comentário: 500mL de água + 500mL de etanol não fazem juntos um litro de solução.
37
Introdução:Os Fenóis são compostos orgânicos que apresentam o grupo oxidrila (-OH) ligado diretamente a um carbono do núcleo benzênico.
Nomenclatura: A nomenclatura oficial (IUPAC) considera o grupo –OH uma ramificação chamada hidroxi. Havendo necessidade de numeração, esta deve iniciar pelo cabono que apresentar o grupo –OH.
OH
1
26
35
4
OH
CH3
Hidroxi-benzeno1 - hidroxi - 3 - metil-benzeno
ou
orto-hidroxi-metil-benzeno
OH
beta - hidroxi-naftaleno
38
Os fenóis também apresentam nomes especiais que não obedecem a nenhuma regra de nomenclatura.
OH OH
CH3
OH
OH
OH
OH
fenol o-cresol catecol
alfa - naftol beta - naftol
39
Dica: Aquecendo fenol com anidrido ftálico, na presença de ácido sulfúrico, forma-se um composto chamado fenolftaleína, empregado em laboratório como indicador ácido-base.
C
C
O
O
O
H OH
H OH
+H2SO4
OH2
OH
C
C O
O
OH
+
40
A fenolftaleína é usada como indicador ácido-base porque adquire cor conforme o meio:
OH
C
C O
O
OH
meio ácido = incolor
-O
C
C
O
O
O-
meio básico = rosa
41
Exercícios sobre Fenóis:
Desenhe a molécula das seguintes estruturas:
a) 3–etil–1–hidroxi-benzeno
b) 1-hidroxi-3,5-dimetil-benzeno
c) 1-hidroxi-2,4,6-trimetil-benzeno
OH
CH3CH3
3,5-dimethylphenol2,4,6-trimethylphenol
OH
CH3CH3
CH3
OH
CH2
CH3
3-ethylphenol
42
Introdução: Os éteres são compostos orgânicos que apresentam átomo de oxigênio ligado a dois radicais monovalentes, alquila ou arila.
Nomenclatura: A nomenclatura oficial da IUPAC propõem escrever o nome do radical alcoxi com menor número de átomos de carbono, seguido do nome do hidrocarboneto correspondente ao outro radical ligado ao oxigênio.
OCH3 CH3
Radical alcoxi: metoxi
hidrocarboneto correspondente: metano
OCH3 CH2
CH3metoxi-etano
43
Introdução:Os aldeídos são compostos orgânicos que apresentam o grupo funcional( - CHO) denominado formila ou metanoíla.
Nomenclatura: Devemos considerar a cadeia principal a mais longa, que contenha o grupo funcional. A numeração dos carbonos deve iniciar sempre no carbono mais próximo ao grupo funcional do aldeído.
CH3
CH
CH2
C
O
HCH3
3 - metil-butanal
44
Questão sobre aldeídos:
(UEL-PR) A oxidação do composto representado por R – COOH originou ácido propanóico. Logo, o radical R é:
a) Etil
b) Metil
c) N-propil
d) Fenil
e) isobutil
45
Introdução:Cetonas são compostos orgânicos que apresentam o grupo funcional carbonila entre carbonos.
Nomenclatura:Devemos considerar como cadeia principal a mais longa, que contenha o grupo funcional, no caso, a carbonila. Começa-se a numerar a cadeia pelo carbono mais extremo próximo ao grupo carbonila.
C
O
R R
radical carbonila
CH3
C
CH
CH2
CH3
O
CH3
3 - metil - 2 - pentanona
C
O
H3C CH3
acetona
46
Introdução:Os ácidos carboxílicos são compostos orgânicos que apresentam o grupo funcional carboxila.
Nomenclatura:Devemos considerar como cadeia principal a mais longa, que contenha o grupo funcional. Também devemos numerar a cadeia começando pelo carbono do grupo funcional.
C
O
OH
R
Radical Carboxila
CH3
CH
CH
CH2
C
O
OH
CH3
CH3
ácido - 3 , 4 - dimetil-pentanóico
47
Questão sobre ácidos carboxílicos
(Unifor–CE) O composto CH3COOH tem, em solução aquosa, propriedades:
a) Ácidas e, portanto, reage com HCl
b) Ácidas e, portanto, reage com NaOH
c) Nem ácidas nem básicas e, por isso, se dissolvem em água.
d) Básicas e, portanto, reage com HCl
e) Básicas e, portanto, reage com NaOH
48
Derivados de ácidos carboxílicos.
C
O
O
R
H
C
O
O]-
R
C+
sal orgânico
C
O
O
R
R1éster
C
O
O
R
Cl
cloreto de ácido anidrido
C
R C
O
O
O
R
49
Introdução: As aminas são compostos orgânicos nitrogenados que derivam, teoricamente, da molécula de gás amoníaco (NH3), através da substituição de hidrogênios por radicais alquila ou arila.
Nomenclatura:A nomenclatura oficial propõem escrever para as aminas o nome dos radicais ligados ao nitrogênio, seguido da palavra amina.
NH2 CH3
metilamina
NCH3 CH2 CH3
H
etil-metilamina
N
CH3
CH3
dimetil-fenilamina
50
Introdução: As amidas são compostos orgânicos nitrogenados e derivados da amônia (NH3) pela substituição de hidrogênio por radical acila.
Nomenclatura: Para amidas primárias, trocamos a terminação “óico” do ácido correspondente pela palavra “amida”.
CH3 C
O
OH
ácido etanóico
CH3 C
O
NH2
etanamida
Para amidas N-substituídas, escrevemos a letra N, seguida do nome dos radicais, e completamos o nome da amida primária correspondente.
CH3 C
O
N
CH3
CH2 CH3
N-metil-N-etil-propanamida
51
Nitrilas Isonitrilas
Derivado do cianeto de hidrogênio, HCN, pela substituição do hidrogênio por uma cadeia carbônica.
C C N
R
R1
R2
Nomenclatura:
Prefixo+infixo+o+nitrila
C NCH3
IUPAC: etanonitrila
usual: cianeto de metila
Derivado do isocianeto de hidrogênio, HNC, pela substituição do hidrogênio por uma cadeia carbônica.
Nomenclatura:
Prefixo+ il + carbilamina
N C
CR
R1
R2
N CCH3
IUPAC: metilcarbilamina
Usual: isocianeto de metila
Dica: a acrilonitrila (CH2=CH-CN), é o monômero para a fabricação da lã sintética orlon.
52
Nitrocompostos
Possui o grupo -NO2 ligado a uma cadeia carbônica.
C NO2
R
R1
R2
Nomenclatura:
Nitro + prefixo + infixo + o
NO2
nitrobenzeno
53
54
55
56
57
58
2. Ligações Químicas
Ligações Intermoleculares
Introdução
As moléculas de uma substância sólida ou líquida se mantêm unidas através da atração existente entre elas. Quanto maior for a força de atração maior será a coesão entre as moléculas. Isso ocasionará um aumento nos pontos de fusão e ebulição da substância. As moléculas dos gases praticamente não exercem forças de atração entre si. Por isso os gases apresentam baixo ponto de ebulição e extrema facilidade de se expandir. As forças intermoleculares são classificadas em dois tipos: Força de Van der Waals e Ligação de hidrogênio.
Força de Van de Waals
São divididas em vários tipos, conforme a natureza das partículas:
Íon - Dipolo permanente: Atração entre um íon e uma molécula polar (dipolo).
59
2. Ligações Químicas
Ligações Intermoleculares
Íon - Dipolo induzido: Atração entre um íon e uma molécula apolar. O íon causa uma atração ou repulsão eletrônica com a nuvem eletrônica da molécula apolar, causando uma deformação da nuvem eletrônica na molécula apolar e provocando a formação de dipolos (induzidos).
Dipolo permanente - Dipolo permanente: Atração entre moléculas polares. Os dipolos atraem-se pelos pólos opostos (positivo-negativo).
Dipolo permanente - Dipolo induzido: Atração entre uma molécula polar e uma molécula apolar. O dipolo causa repulsão eletrônica entre seu pólo positivo e a nuvem eletrônica da molécula apolar e uma repulsão entre esta nuvem e seu pólo negativo. Isso causa uma deformação da nuvem eletrônica na molécula apolar, provocando a formação de dipolos (induzidos).
60
2. Ligações Químicas
Ligações Intermoleculares
Dipolo induzido - Dipolo induzido: Também chamada Força de dispersão de London, é uma atração que ocorre entre moléculas apolares, que quando se aproximam umas das outras, causam uma repulsão entre suas nuvens eletrônicas, que então se deformam, induzindo a formação de dipolos. Essa força é mais fraca que a do tipo dipolo permanente - dipolo permanente. Logo, as substâncias que apresentam esse tipo de ligação apresentam menor ponto de fusão e ebulição. Quanto maior for o tamanho da molécula, mais facilmente seus elétrons podem se deslocar pela estrutura. Maior é então, a facilidade de distorção das nuvens eletrônicas, e mais forte são as forças de dispersão de London. Isso faz com que a substância tenha maior ponto de ebulição.
61
2. Ligações Químicas
Ligações Intermoleculares
A ligação de hidrogênio
A ligação de hidrogênio, também conhecida como ponte de hidrogênio, é um enlace químico em que o átomo de hidrogênio é atraído simultaneamente por átomos muito eletronegativos, atuando como uma ponte entre eles. As ligações de hidrogênio podem existir no estado sólido e líquido e em soluções. É condição essencial para a existência da ligação de hidrogênio a presença simultânea de um átomo de hidrogênio ácido e de um receptor básico. Hidrogênio ácido é aquele ligado a um átomo mais eletronegativo do que ele, de maneira que o seu elétrons sofra um afastamento parcial. Receptor básico é uma espécie química que possua um átomo ou grupo de átomos com alta densidade eletrônica, sendo que o ideal é a presença de pelo menos um par de elétrons livres. A ligação de hidrogênio pode ser de dois tipos:
intramolecular - Nesse caso a configuração espacial da molécula é favorável à formação da ligação entre um grupo doador e um receptor de prótons dentro da própria molécula.
Intermolecular - Envolve o grupo doador de prótons de uma molécula e o grupo receptor de prótons de outra molécula.
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Propriedades Físicas e Químicas dos Compostos Orgânicos
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Introdução: Vamos recordar a obtenção da uréia através do aquecimento do cianato de amônio, realizada em 1828, por Wöhler:
Note que a fórmula molecular do cianeto de amônio e da uréia é CH4N2O. Então, podem existir substâncias diferentes com a mesma fórmula molecular? Para designar este fenômeno, o cientista Berzelius, maior autoridade científica da época, criou o termo isomeria (iso = igual; mero = número)
NH4OCNAquecimento
O C
NH2
NH2cianato de amônio uréia
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Esquema de Análise
S IMS ão Isôm eros
P lanos
NÃ OS ão isôm eros
espac ia is
A d ife rençaentre essas subs tânc iaspode se r p receb ida na
fo rm ula es trutura l p lana?
S IMS ão isôm eros
NÃ ONão são isom eros
A s fó rm ulas m o lecula resde duas subs tãnc ias
(de fe rentes)são igua is?
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Isomeria de Cadeia ou também isomeria de núcleo, é o fenômeno de ocorrência de dois ou mais compostos de mesma fórmula molecular, pertencentes à mesma função e que diferem do tipo de cadeia carbônica.
CH3
CH2
CH2
CH3
butanofunção: hidrocarbonetocadeia: aberta e normalfórmula molecular: C4H10
CH3
CH
CH3
CH3
metil-propanofunção: hidrocarbonetocadeia: aberta e ramificadafórmula molecular: C4H10
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Isomeria de posição é o fenômeno de ocorrência de dois ou mais compostos de mesma fórmula molecular, pertencentes à mesma função e que diferem na posição de um grupo de átomos ou na posição de uma insaturação (dupla ou tripla ligação).
1 - propanolfunção: álcoolcadeia: aberta saturada e normalfórmula molecular: C3H8O
CH3
CH2
CH2
OH
2 - propanolfunção: álcoolcadeia: aberta saturada e normalfórmula molecular: C3H8O
CH3
CH
CH3
OH
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Isomeria de função ou isomeria funcional, é o fenômeno de ocorrência de dois ou mais compostos de mesma fórmula molecular que pertencem a funções diferentes.
propanalfunção: aldeídocadeia: aberta saturada e normalfórmula molecular: C3H6O
propanonafunção: cetonacadeia: aberta saturada e normalfórmula molecular: C3H6O
CH3
CH2
CO
H CCH3 CH3
O
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Metameria ou isomeria de compensação
A diferença entre os compostos está na posição do heteroátomo oxigênio; então, o metoxi-propano e o etoxi-etano são isômeros de posição. Esta isomeria tem nome diferenciado pois a diferença está no heteroátomo da cadeia.
metoxi-propanofunção: étercadeia: aberta e heterogêneafórmula molecular: C4H10O
etoxi-etanofunção: étercadeia: aberta e heterogêneafórmula molecular: C4H10O
CH2
CH2
CH3
O
CH3 O
CH2
CH3
CH2
CH3
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Tautomeria
Dissolvendo etanal em água, verificamos que parte desse aldeído se converte em enol, através da migração de um átomo de hidrogênio na molécula, estabelecendo um equilíbrio dinâmico entre aldeído e enol, chamado equilíbrio aldo-enólico.
C C
O
H
H
H
H
aldeído (C2H4O)
CC
OH
HH
H
enol (C2H4O)
Esses isômeros de função, que coexistem em equilíbrio numa solução, transformando-se um no outro através de rearranjo molecular, recebem o nome de tautômeros. Este tipo de isomeria não ocorre apenas com aldeídos, mas também com outros compostos (equilíbrio ceto-enólico por exemplo).
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Exercício:
01) Construa a fórmula estrutural e verifique o tipo de isomeria que ocorre entre os compostos abaixo:
a) 2- buteno e ciclobutano
b) 2-metil-pentano e 3-metil-pentano
c) Butanal e butanona
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Isomeria Geométrica: Consideremos que esses átomos podem dispor-se no espaço de duas maneiras diferentes, sem, no entanto mudar as ligações entre eles. Ocorrem isômeros geométricos quando a fórmula estrutural plana apresenta dois carbonos ligados por dupla ligação e quando, para cada um desses carbonos, aparecem dois ligantes diferentes entre sim, ou então quando a cadeia carbônica é cíclica e em pelo menos dois carbonos do ciclo aparecem, para cada um deles, dois ligantes diferentes entre si.
C C
Cl
HCl
H
C C
Cl
H
Cl
H
trans - 1, 2-dicloro-eteno cis - 1 , 2-dicloro-eteno
isomeros geométricos
Usa-se “trans” para os radicais em planos de simetria diferentes e “cis” para radicais em planos de simetria iguais.
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Isomeria E e Z: A representação cis e trans pode causar ambigüidade se for aplicada a alcenos cujos átomos de carbono da dupla possuam em conjunto mais que dois ligantes diferentes. As letras vem do alemão, “E” vem de entgegen que significa opostos e a letra “Z” vem de zusammen que significa juntos.
No sistema E-Z, examinamos os dois grupos ligados a cada átomo de carbono da dupla ligação e o colocamos em ordem de prioridade.
Terá maior prioridade o ligante cujo átomo imediatamente ligado ao carbono da dupla tiver maior número atômico.
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Exemplo: consideramos o alceno 3-metil-3-hepteno
No carbono x o ligante de maior prioridade é o n-propil, pois o carbono tem número atômico maior que o átomo de hidrogênio.
No carbono y o ligante de maior prioridade é o etil, pois o carbono desse radical está ligado a outro carbono, já o radical metil está ligado a um hidrogênio.
Então, o nome do composto é: Z-3-metil-3-hepteno. A configuração do E-3-metil-3-hepteno está abaixo:
C C
CH2
CH3H
CH2CH2CH3 CH3
x y
C C
CH2
CH3
CH3H
CH2CH2CH3
x y
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Isomeria Óptica: Esse tipo de isomeria só ocorre com moléculas assimétricas, isto é, moléculas que nunca conseguimos dividir de modo que os dois lados resultantes dessa divisão sejam iguais. A diferença fundamental entre os isômeros ópticos está na capacidade de desviar o plano de vibração de uma luz polarizada para a direita (sentido horário) ou para a esquerda (sentido anti-horário).
Carbono Assimétrico: Um modo de verificarmos se a molécula de determinado composto orgânico é assimétrica e, portanto, se possui atividade óptica é observar se essa molécula possui átomo de carbono assimétrico.Átomo de carbono assimétrico é aquele que sofre hibridização sp3 e possui todos os 4 ligantes diferentes entre si.
*Ca c
d
b
C* = carbono assimétrico
a = b = c = d
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A luz polarizada
Uma lâmpada incandescente emite uma luz que é constituída de ondas eletromagnéticas, que se propagam com vibrações em infinitos planos, formando, teoricamente, um movimento espiralado. Esse movimento é resultado da composição das diversas vibrações em vários planos. Se "filtrarmos" essas vibrações de modo que se tenha vibração em apenas um plano, teremos a chamada luz polarizada. Veja o esquema abaixo:
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Os dispositivos capazes de "filtrar" os planos de propagação da luz são denominados polarizadores. Existem muitas maneiras de polarizar a luz, uma delas é utilizar o prisma de Nicol - um cristal transparente de CaCO3 denominado espato da Islândia, que possui a propriedade de produzir a dupla refração da luz. Para cada raio incidente saem dois raios refratados. Esses dois raios refratados são polarizados, porém, em planos diferentes. Para obter a luz em um único plano de vibração é preciso eliminar um desses raios. Para isso o prisma é cortado segundo um plano diagonal e em seguida as partes cortadas são coladas com uma resina transparente denominada bálsamo do Canadá.
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Exemplo: Carbono assimétrico no 3-metil-hexano
A relação do número de carbonos assimétricos com o número de isômeros opticamente ativos se dá pela regra de van’t Hoff.
Número de carbonos ópticos ativos = 2n
Sendo n=número de carbonos assimétricos na molécula
CH3
CH2
*C
CH2
CH2
CH3
CH3
H
* carbono assimétrico
etil = metil = n-propil = hidrogênio
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Exercícios:
(Fuvest-SP) A substância com a fórmula abaixo é:
a) Um éter cíclico, cuja molécula tem dois carbonos assimétricos
b) Uma cetona cíclica, cuja molécula tem um carbono assimétrico
c) Uma cetona cíclica, cuja molécula tem dois carbonos assimétricos
d) Um éster cíclico, cuja molécula tem um carbono assimétrico
e) Um éster cíclico, cuja molécula tem dois carbonos assimétricos
CH2
C
C
O
C
CH2 CH2 CH3CH3
H
H
O