química-orgânica 1. introduÇÃo À quÍmica 1.1 histórico

Química-OrgânicaIntrodução à Química

53

1. INTRODUÇÃO À QUÍMICA

1.1 Histórico

É fato que a descoberta dos modos de obtenção do fogo pela humanidade foi uma das mais importantes descobertas para a sobrevivência humana na Terra. Além disso, pode-se considerar que este foi o primeiro contato do homem com as transformações químicas permitindo-lhe dominar as técnicas de como conservar melhor os alimentos, as partir do processo de fumagem. Na história da civilização Egípcia, utilizavam-se o índigo (proveniente do anil) e a alizarina para tingir têxteis. Ainda hoje, é usado o índigo para tingir as calças de ganga, mas este corante é obtido por processos industriais.

O

O H

H

N

N

Fórmula de estrutura do corante índigo.

A alizarina, corante vermelho derivado da raiz da Rubia tinctorum, é o nome genérico de uma variedade de corantes, tais como o “Verde Alizarina Cianina G” e o “Azul Brilhante Alizarina R”.

OH

OH

O

OFórmula de estrutura do corante Alizarina.

Já os fenícios utilizavam um corante de cor púrpura, o qual era obtido a partir das glândulas branquiais do molusco Murex trunculus, para tingir tecidos. Todos estes corantes eram de origem orgânica, demonstrando que o homem possuía um domínio da Química Orgânica desde o aparecimento da civilização.

O desenvolvimento da Química Orgânica

Com o culminar da Química Tradicional do século XVIII, Torbern Olof BERGMANN (1735-1784), dividiu, em 1777, a Química em:

• QUÍMICA ORGÂNICA (Química dos compostos provenientes dos organismos vivos)

• QUÍMICA INORGÂNICA (Química dos compostos existentes no reino mineral) Deste modo, surgiu a distinção entre matéria orgânica e inorgânica. No fi nal do século XVIII e


54

início do século XIX, os químicos começaram a se dedicar ao estudo das substâncias encontradas em organismos vivos. Como todas as substâncias orgânicas conhecidas eram extraídas de animais e de vegetais, os químicos supunham que elas não poderiam ser produzidas (sintetizadas) em laboratório.

A teoria do Vitalismo foi uma teoria formulada por Jons Jacob Berzelius (1807), a qual descrevia que a matéria orgânica só podia ser produzida pelos seres vivos. A base dessa teoria era a difi culdade ou até mesmo a impossibilidade de se obter matéria orgânica a partir de substâncias inorgânicas. O princípio do acerto...

Em 1828, Friedrich Wholler foi o primeiro cientista a sintetizar um composto orgânico (ureia) a partir de um composto inorgânico (cianato de amônio).

NH4CNOaquecimento

O C

NH2

NH2

cianato de amônio uréia

Saiba maisSaiba mais

Wholler era discípulo de Berzellius. A seguir há um trecho da carta escrita por Wholler ao seu professor:

“A química orgânica na atualidade enlouquece qualquer pessoa, para mim é como um bosque tropical primitivo cheio de coisas surpreendentes. Uma selva interminável que inspira medo, em que uma pessoa não se atreve entrar, porque parece não ter saída”.

Disponível em: <http://manueldamata.blogs.sapo.pt>. Acesso em: 28 out. 2013.

Com o desenvolvimento da ciência, o químico alemão Friedrich August Kekulé propôs a nova defi nição aceita atualmente: “Química orgânica é o ramo da química que estuda os compostos do carbono”. Esta afi rmação está correta, contudo, nem todos os compostos que contêm carbono são orgânicos, por exemplo, o dióxido de carbono, o ácido carbônico, a grafi te, o diamante, etc.

1.2 Os compostos orgânicos e inorgânicos

Os compostos orgânicos se diferenciam dos inorgânicos através de certas propriedades específi cas tais como: constituição, solubilidade, temperatura de fusão e ebulição, combustibilidade e condutividade elétrica . Vejamos do que se trata cada uma delas.

Constituição Os compostos orgânicos são formados por uma pequena gama de constituintes composta por carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre conhecido como CHONPS. Já na contramão deste conceito temos os inorgânicos que são formados por todos os elementos conhecidos sem exclusão. Solubilidade Sabemos segundo a teoria de interações intermoleculares que, para uma substância ser solúvel em outra, ambas precisam apresentar a mesma polaridade. É assim que dita a regra: semelhante dissolve semelhante.


55

A maioria dos compostos orgânicos são apolares e se o solvente em questão for a água (polar), já se pode imaginar o resultado: compostos orgânicos não interagem muito bem com água. Temperatura de fusão e ebulição Pelo fato de podermos encontrar compostos orgânicos em três estados físicos na natureza já é uma prova que possuem temperatura de fusão menor do que compostos inorgânicos. Já as substancias inorgânicas como os minerais, por exemplo, só existem à temperatura ambiente no estado sólido. As interações intermoleculares presentes em compostos orgânicos são mais fracas quando comparadas as interações existentes nos compostos inorgânicos. Sendo assim as moléculas se afastam e podem existir no estado líquido ou gasoso. Já em compostos inorgânicos, as interações entre as moléculas são muito, portanto, é a forma que adquirem.

Combustibilidade Quanto à capacidade de sofrer combustão, pode-se dizer que os compostos orgânicos são responsáveis por grande parte da energia que consumimos. Por exemplo, o que mantêm nossos fogões acesos são os gases propano e butano ambos orgânicos.

Exercícios de salaExercícios de sala

1 (UFES) Com relação aos compostos orgânicos e inorgânicos, é incorreto afi rmar:a) Os compostos orgânicos geralmente apresentam ponto de ebulição maior que os compostos inorgânicos.b) Os compostos orgânicos geralmente apresentam ponto de fusão menor que os compostos inorgânicos.c) Os compostos inorgânicos são geralmente mais solúveis em água que os compostos orgânicos.d) Os organismos vivos são constituídos por grande quantidade de compostos orgânicos.e) Nem todo composto que apresenta carbono em sua estrutura é composto orgânico.

2 (FUVEST-SP) Cite dois procedimentos experimentais para distinguir uma amostra de composto inorgânico de uma amostra de composto orgânico, ambas sólidas. Explique sua resposta.

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

3 (COVEST) Em relação às moléculas orgânicas, é correto afi rmar: a) uma molécula orgânica não pode ter diferentes grupos funcionais. b) algumas moléculas orgânicas não contêm átomos de carbono. c) moléculas orgânicas são produzidas somente por organismos vivos. d) todas as moléculas, contendo o elemento carbono, são orgânicas. e) moléculas orgânicas apresentam um esqueleto de carbono e podem apresentar grupos funcionais a ele ligados.

1.3 O carbono

É o elemento químico fundamental, obrigatório na constituição de todos compostos orgânicos, sem exceção. O químico alemão Friedrich Kekulé (1829-896) desenvolveu diversas investigações na área da química orgânica; inclusive em 1858, propôs a Teoria da Tetravalência do Carbono. A partir dessa teoria, ele constatou que as principais características do átomo de carbono são:• Seu número atômico é 6 e a sua confi guração eletrônica é: K = 2 e L = 4;. • Como possui quatro elétrons na última camada, estes podem formar quatro ligações covalentes.


56

Você se lembra...Você se lembra...

Uma ligação covalente consiste na partilha de um par de elétrons por dois átomos. Deste modo, cada elétron de valência poderá estabelecer uma ligação química com outro átomo. Assim, o átomo de carbono poderá estabelecer quatro ligações químicas de forma a obedecer à regra do octeto.

O átomo de carbono, por apresentar quatro elétrons na camada de valência, tem a capacidade de estabelecer quatro ligações covalentes, que podem ser simples, duplas ou triplas.

CH3

H3C

CH3

H3CH3C

CH3

Dupla ligação Ligações SimplesLigação tripla

O átomo de carbono tem a capacidade de se ligar a outros átomos, formando cadeias curtas (por exemplo, o etano) ou longas (por exemplo, os polímeros) com as mais variadas disposições. Exemplos:

Carboidratos

O

OHOH

OH

HOHO

HH

HH

Esteróides

H3C2122

23

16

158

7

64

3

2

510

1 19 9 1413

1112 18 17

2024CH3

CH3

CH3

H

H

H H

Saiba maisSaiba mais

Surge um novo conceito de isômero – dois compostos diferentes possuem a mesma fórmula molecular, mas diferente fórmula estrutural. Exemplo, o álcool etílico (etanol) e o éter dimetílico (etoxietano) são substâncias com propriedades químicas diferentes, mas a sua fórmula molecular é a mesma (C2H6O).

H3C

OH

etanol

H3C

O CH3

etóxi-etano

Resumindo: O que torna o átomo de carbono especial é que:

a) na maioria dos compostos orgânicos, encontra-se ligado a átomos de hidrogênio, oxigênio, azoto, enxofre e outros, embora o carbono se possa ligar praticamente a todos os elementos, metálicos ou não metálicos. Deste modo, pode-se originar uma grande variedade de compostos orgânicos.b) pode estabelecer ligações fortes a outros átomos de carbono e, assim, criar cadeias longas e ramifi cadas ou em anéis.


57

Outro ponto importante: a hibridação do carbono

Os átomos de carbono têm uma grande capacidade de se ligar a outros átomos (de carbono ou de outros elementos). Além disso, o carbono é capaz de fazer múltiplas ligações, cujo átomo mais abundante na natureza é o isótopo C-12. Ele possui 6 prótons, 6 nêutrons e 6 elétrons. Sua confi guração eletrônica, em seu estado fundamental, está representada a seguir.

1s2 2s2 2p2

Assim o carbonodeveria serdivalente.Mas isso não seconfirma naprática, jáque é tetravalente.

2p

2s

1s

Isso ocorre graças à hibridação, processo em que um elétron do orbital 2 s passa para o orbital vazio p devido ao fato de receber energia.

1s2 2s1 2p3

2p

2s

1s

estado excitado

Após a promoção do elétron, dá-se a fusão dos orbitais, que ocorre de três maneiras diferentes.

2p

2sp2

2s

1s

1 orbital s funde-se com 2p

Ctrigonalplana120º

C C linear

180º 180º

2p

2sp

2s

1s

1 orbital s funde-se com 1p

2p

2sp3

2s

1s

1 orbital s funde-se com todos os 3p

C tetraédrico109º

28’

Observação: 109º28’ é aproximadamente 109,5º


58


4 Que tipo de hibridização você esperaria para cada átomo de carbono das seguintes moléculas:

a) propano CH3CH2CH3

b) 2-metilpropano

CH3

CH3

CHH3C

c) 1-buten-3-ino

H2C C C CH

H

d) Ácido acético

O

OHH3CC

5 Por que as moléculas descritas a seguir não podem existir?

a) CH5

b) C2H6N

c) C3H5Br2

6 Formaldeído, CH2O, contém uma dupla ligação carbono-oxigênio. Desenhe as estruturas de Lewis e a fórmula estrutural de traços para o formaldeído indicando a hibridização do átomo de carbono.

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

7 Desenhe a fórmula estrutural do propeno (CH3CHCH2), indicando a hibridização de cada carbono e o valor de cada ângulo de ligação.

8 (UFBA) Na estrutura

H2C C C CH2

H

H

β

α γ

,

o valor real dos ângulos são:a) 180o, 90o e 90o.b) 180o, 120o e 90o.c) 120o, 90o e 109,5o.d) 180o, 120o 109,5o.e) 90o, 120o e 90o.


59

9 (FAAP-SP) Dada a estrutura do hidrocarboneto:

C C C C C1 2 3 4 5

indique os átomos de carbono que apresentam hibridização sp2 e os que apresentam hibridização sp3.

10 A cafeína, estrutura a seguir, é um estimulante encontrado no café.

H

HH

HH

H

H

H

H

H

N

N

N

N

O

O

C7

C6

C5C4

C3 C2

C1

C8

Cafeína

Em relação aos carbonos, assinale a alternativa que apresenta as hibridações corretas.

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8

a) sp3 sp3 sp3 sp3 sp2 sp2 sp sp

b) sp3 sp2 sp2 sp2 sp2 sp2 sp3 sp3

c) sp2 sp3 sp sp sp3 sp3 sp sp3

d) sp3 sp3 sp sp sp sp3 sp3 sp3

e) sp3 sp3 sp2 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3

11 (IFPI) A heroína ou diacetilmorfi na é uma droga opioide, natural ou sintética, produzida e derivada do ópio, extraído da cápsula (fruto) de algumas espécies de papoula. O consumo de heroína pode causar dependência física, envelhecimento acelerado e danos cerebrais irreversíveis, além de outros problemas de saúde.

O

O

OO

O

N

H

Com relação à estrutura química da heroína, assinale a alternativa que apresenta a sua fórmula molecular. a) C21H23NO5 b) C20H20NO5 c) C18H20NO5 d) C16H18NO5 e) C16H18NO5


60

Número de oxidação (NOX) para o carbono

Quando dois átomos de diferentes eletronegatividades se ligam por covalência, a nuvem eletrônica fi ca mais próxima do átomo de maior eletronegatividade. Portanto, nas substâncias moleculares, não existem de fato cargas reais positivas e negativas. É por comodidade didática que atribuímos carga elétrica aos átomos de uma molécula. O número que mede essa carga aparente, presente nas substâncias moleculares que possuem ligações polares, bem como a carga do íon, chama-se número ou estado de oxidação. Para o carbono o valor do NOX terá valor máximo e mínimo de +4 a – 4. Observe os exemplos que se seguem:

C

FFF

F

+ 4

H

C

FF F

+ 2H

H

C

FF

0

H

H H HC - 4


12 Determine o número de oxidação dos carbonos marcados (*)a) H3C CH2

OH

b) H

O

C CH2 CH3

c)

H3CCH3H H

H

C C C

Cl

O

O

d) O OC


61

Classifi cação dos carbonos

O carbono pode ser classifi cado de acordo com a posição que ocupa na cadeia carbônica. Sua classifi cação compreende de primário a quaternário. Observe o esquema a seguir.

CP

P P P P

P

P

Q

P

T

T

SC C C N

N

S

CC

C C

C

C

C

C

C

C

H H

H H

H H H

H H

H H

H H

H

H H

H

H H

H

H

H

H

HH

H

H

H

Em que:P = primário (ligado diretamente a um carbono).S = secundário (ligado a dois carbonos).T = terciário (ligado a três carbonos).Q = quaternário (ligado a quatro carbonos).N = nulário (ligado a outros átomos que não são carbonos).


13 (UERJ) A testosterona, um dos principais hormônios sexuais masculinos, possui fórmula estrutural plana:

H3C

O

H3COH

Determine:a) o número de átomos de carbono, classifi cados como terciários, de sua molécula;

b) sua fórmula molecular.

14 (FGV-SP) O composto de fórmula:

CH3

CH3

CH3 CH3 CH3 CH3

NH3C

OH H H

CH CH CHCC C

apresenta quantos carbonos primários, secundários, terciários e quaternários, respectivamente?a) 5, 5, 2 e 1.b) 5, 4, 3 e 1.c) 7, 4, 1 e 1.d) 6, 4, 1 e 2.e) 7, 3, 1 e 2.


62

1.4 Cadeias carbônicas

O carbono possui a propriedade de formar diferentes tipos de cadeias, as quais podem ser representadas por três tipos de fórmulas.

1) Fórmula molecular: representa o número de átomos presentes na estrutura. Exemplo:

C2H6 C5H10

2) Fórmula estrutural: representa a estrutura da molécula.

CC HH

H

H

H

H

H3C CH3ou

ouCC

C C

CH

HH

H

H

H H H H

H

CH2

CH2

CH2CH2

CH2

3) Fórmula resumida: representa os átomos de carbonos por vértices e/ou pontas.


15 (UFSCAR) O Cipro (ciprofl oxacino) é um antibiótico administrado por via oral ou intravenosa, usado contra infecções urinárias e, recentemente, seu uso tem sido recomendado no tratamento do antraz, infecção causada pelo micro-organismo Bacillus anthracis. A fórmula estrutural deste antibiótico é mostrada na fi gura a seguir.

NN

OCOOH

HN

F

Qual a fórmula molecular deste antibiótico?


63

16 (UFF) Analise a estrutura seguinte e escreva sua fórmula molecular.

17 (PUC-RIO) A fórmula molecular de um hidrocarboneto com cadeia carbônica é:

CHC C C C C C C CH3

H H H H

a) C9H8.b) C9H7.c) C9H10.d) C9H12.e) C9H14.

Cadeia Carbônica pode ser defi nida como o conjunto de todos os átomos de carbono, como também de heteroátomos que constituem a molécula de qualquer composto orgânico. Elas podem ser classifi cadas de acordo com a presença ou ausência de uma determinada característica. São elas:

Cadeia aberta: são aquelas cadeias carbônicas que possuem duas ou mais extremidades livres, ou seja, não possuem nenhum ciclo. O encadeamento dos átomos não sofre nenhum fechamento. Exemplo:

CH3

CH3

CH CH2

CH3H3CH3C C

CH2H3C

Cadeia fechada: não há nenhuma extremidade, isto é, forma-se um ciclo, núcleo ou anel, pois há o encadeamento dos átomos de carbono.

CH3

CH3

CH3


64

Cadeia Mista: é aquela cadeia que possui pelo menos uma parte em que os átomos não estão encadeados (ou seja, fechados), e a outra parte é fechada.

CH3

OO

OP P OO

OH

OH

OHOH

CH3

H3C

H3C

H3C

Cadeia homogênea: é aquela cadeia carbônica que não possui nenhum heteroátomo, ou seja, átomos entre carbonos. Atenção: é só entre carbonos. Se for fora da cadeia, continuará sendo homogênea. Exemplo:

H3C OH

Cadeia heterogênea: possui algum heteroátomo em sua cadeia. Exemplo:

ON

N

Cadeia Saturada: quando apresenta somente ligações simples entre os átomos de carbono. Ou seja, possui somente ligações do tipo sigma (σ) entre os carbonos.

H3C

H3C OH Dizemos que o carbono presente nesta cadeia é saturado, pois apresenta quatro ligações simples.

C

H H

H

H Cadeia Insaturada: quando apresenta pelo menos uma ligação dupla (=) ou então uma tripla (≡). Ou seja, possui pelo menos uma ligação pi (π) entre os carbonos.

H3C

O

O

CH2

CH

A ligação tripla na extremidade direita da cadeia a caracteriza como insaturada. O oxigênio inserido entre os dois átomos de carbono é classifi cado como heteroátomo

Cadeia normal: cadeia possui apenas duas extremidades. Só existem carbonos primários e secundários para o caso de cadeias abertas e homogêneas quando heterogêneas podem aparecer carbonos primários. Para cadeias fechadas temos carbonos secundários e para quando estas são heterogêneas também podem aparecer carbono primário.


65

HN

H3CO

CH3

Cadeia ramifi cada: aquela cadeia que possui mais de duas extremidades e tem pelo menos um carbono terciário ou quaternário. No caso de cadeias ramifi cadas o que ocorre é que com a presença do heteroátomo podemos encontrar nesta cadeia átomos de carbono primários ou até nulários.

ON

NH3CO

CH3

Cadeias aromáticas: Possuem uma cadeia carbônica especial chamada de Anel Benzênico ou Núcleo Benzênico, ou seja, formada por seis átomos de carbono e seis átomos de hidrogênio em uma disposição especial de ligações simples e duplas que se alternam:

H3C

• Uma cadeia carbônica aromática pode ser mononuclear ou polinuclear: quando existir mais de um anel aromático na molécula, ela é classifi cada como polinuclear, sendo que as cadeias com apenas um anel benzênico são mononucleares.

OH

Mononuclear Polinuclear

• Uma cadeia aromática polinuclear pode ser condensada ou isolada: quando existe ao menos um átomo de carbono comum a mais de um anel aromático, a cadeia é classifi cada como condensada, enquanto as demais são chamadas de isoladas.

Esquema geral para classifi cação das cadeias carbônicas

Abertas,Acíclicas ouAlifáticas

SaturadaInsaturada

SaturadaInsaturada

HomogêneaHeterogênea


Normais

Ramifi cadas


66

Alicíclicas

Aromáticas

Fechadas ouCíclicas

SaturadaInsaturada

SaturadaInsaturada



Normais

Mononucleares

PolinuclearesIsoladas

Condensadas

Ramifi cadas


18 (UFPB) O ácido adípico de fórmula:

CH2

CH2

C

C

OH

O

O

OHH2C

H2C

,

empregado na fabricação do náilon apresenta cadeia carbônica:

a) saturada, aberta, homogênea e normal. b) saturada, aberta, heterogênea e normal. c) insaturada, aberta, homogênea e normal. d) insaturada, fechada, homogênea e aromática. e) insaturada, fechada, homogênea e alicíclica.

19 (Covest) Considere estas cadeias carbônicas:

CH2 CH2 CH2

CH2CH2

CH2CH3

C

Composto responsável pelo sabor de banana

OO

H3C

(II)

(I)

H2C CH CH2

CH2 CH3

CH3

CH3CCH

SH

Composto responsável pelo odor e sabordo alho

Composto responsável pela essência de morango

O

CH2OH3C

CH2H3C

O

(V)

(III)

(IV)Éter sulfúrico, usado como anestésico

Gás mostarda, usadoem guerras químicas

Cl Cl

H2C

H2C

S


67

Analise estas afi rmações: 0-0) O composto (I) apresenta cadeia alifática, normal, homogênea e saturada. 1-1) Em (II), temos uma cadeia alifática, normal, heterogênea e saturada. 2-2) A cadeia do composto (III) é aberta, ramifi cada, heterogênea e insaturada. 3-3) O composto (IV) possui cadeia alifática, normal, heterogênea e saturada. 4-4) A classifi cação da cadeia do composto (V) é aberta, normal, homogênea e insaturada.

20 (PUC-PR) Com respeito à estrutura:

H

H

HH

HH

H H

C

C C CCC1 2 3 4 5

Assinale a alternativa correta.a) A hibridação dos carbonos 1, 3 e 5 assinalados na estrutura são, respectivamente, sp2, sp3, sp.b) A cadeia pode ser classifi cada como acíclica, insaturada, ramifi cada e heterogênea.c) Há apenas uma ligação sigma.d) Existem cinco (5) ligações pi.e) Os átomos de carbono 2, 3 e 4 são, respectivamente, secundário, quaternário e terciário.

21 (UFPR) A vida na Terra se organizou em torno de alguns poucos elementos, dos quais os mais encontrados na estrutura dos seres vivos são: hidrogênio, oxigênio, carbono e nitrogênio. Além da disponibilidade desses elementos (estão entre os mais abundantes na crosta terrestre e na água do mar), outros fatores devem ter contribuído para a utilização desses elementos pelos seres vivos. No que se refere ao carbono, por exemplo, a capacidade de seus átomos de se ligarem entre si, formando cadeias, que podem incluir também átomos de outros elementos, deve ter desempenhado um papel essencial. Dessa capacidade, resulta a formação de um grande número de compostos e estruturas diversas, com suas diferentes propriedades. Na fi gura a seguir, estão exemplos dessas cadeias. Sobre essas cadeias, é correto afi rmar:

B

ED

AC

O

O

01) (A) é uma cadeia aberta, insaturada e ramifi cada. 02) (B) é uma cadeia aromática. 04) (C) é uma cadeia heterocíclica. 08) (D) é uma cadeia acíclica heterogênea. 16) (E) é uma cadeia aberta ramifi cada, na qual a principal tem 7 carbonos.

loja.cneceduca.com.br

Prezado leitor, Agradecemos o interesse em nossomaterial. Entretanto, essa é somenteuma amostra gratuita.

Caso haja interesse, todos os materiaisdo Sistema de Ensino CNEC estãodisponíveis para aquisição atravésde nossa loja virtual.

química-orgânica 1. introduÇÃo À quÍmica 1.1 histórico

Documents