química orgânica iv (1)
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Campus Realengo
Gerência de Desenvolvimento de Ensino
Curso Farmácia
Química Orgânica IV
Professor: Alan Heringer
Introdução• Teoria da Origem da Vida
1. Maior parte do C na forma de metano (CH4) – CO2, H2O, NH3 e H2;
2. Descargas elétricas p/ formar espécies altamente reativas;
A.A. Proteínas
3. Formação do “Caldo Protéico”;
4. Aparecimento do DNA;
5. Origem dos organismos.
Introdução• Desenvolvimento da Química Orgânica
1. Descoberta o Fogo (Pré-história);
C + O2 CO2 + H2O
Introdução• Desenvolvimento da Química Orgânica
2. Egípcios (V a.C.) usavam compostos orgânicos p/ pintar tecidos
Alizarina
Corante amarelo
Introdução
• Desenvolvimento da Química Orgânica
3. Fenícios (X a.C.) “púrpura real” substância obtida de moluscos;
Xileno cianol
Corante púrpura em pH < 3,2
Introdução• Desenvolvimento da Química Orgânica
4. Jesus Cristo (I d.C.) Fermentavam uva para obter o Vinho.
álcool etílico
Introdução• Desenvolvimento da Química Orgânica
4. Alquimista (XVIII d.C.) Busca da “Elixir da Vida”.
Transmutação de metais menos
nobre em Ouro
Introdução• Teoria do Vitalismo
1. Na década 1780 os cientistas começavam a distinguir.
Compostos Orgânicos X Compostos Inorgânicos
Introdução• Teoria do Vitalismo
2. Idéia da intervenção de uma “Força Vital” p/ síntese de compostos orgânicos e só poderiam ocorrer em organismos vivos.
3. Friedrich Wöhler (1828) Realizou a 1a. Síntese de uma substância orgânica a partir de uma fonte inorgânica.
Introdução• Teoria do Vitalismo
4. Entre 1828 e 1850 Várias substâncias orgânicas foram sintetizadas a partir de fontes inorgânicas.
Introdução5. Nos séculos XVIII e XIX Desenvolvimentos qualitativos e
quantitativos para a análise de substâncias orgânicas.
Idéia Nova(Ciência da Química Orgânica)
Idéia Antiga(Queda vitalismo)
Introdução• Fórmulas Empíricas e Moleculares
1. Antoine Lavoisier (1784) Mostrou a idéia da “Fórmula Empírica” que as substâncias orgânicas eram constituídas principalmente por C, H e O.
2. Entre (1811 e 1831) J Berzelius Desenvolveram métodos quantitativos para determinação de substâncias orgânicas.
Lavoisier Berzelius
Introdução• Fórmulas Empíricas e Moleculares
3. Stanislao Cannizzarro (1860) Mostrou que as hipóteses de Amadeo Avogadro poderiam ser utilizadas para diferenciar fórmulas empíricas de fórmulas moleculares.
SubstânciaSubstância EmpíricaEmpírica MolecularMolecular
etenoeteno CHCH22 CC22HH44
ciclopentaciclopentanono
CHCH22 CC55HH1010
cicloexanocicloexano CHCH22 CC66HH1212
Teoria Estrutural da Química Orgânica
• Entre (1858 e 1861) August Kekulé Mostrou uma das mais importantes teorias da química.
1. Observação: Os átomos dos elementos nas substâncias orgânicas podem formar um número de ligações fixas. Essa habilidade se chama VALÊNCIA.
C
H
H H
H
OH H H Cl
Carbon atoms Oxygen atoms Hydrogen and halogenare tetravalent are divalent atoms are monovalent
Teoria Estrutural da Química Orgânica
2. Observação: Um átomos de C pode utilizar uma ou mais de suas valências para poder formar ligações com outros átomos de C.
Single bond Double bond Triple bond
C
H
H C
H
H
H
H CH C HC C
Carbon-carbon bonds
Teoria Estrutural da Química Orgânica
• Isômeros: Importância das Fórmulas Estruturais
Isomerismo?Isômeros - Compostos diferentes com a mesma fórmula molecular.
Ethyl Alcohol
C2H6O Dimethyl Ether
C2H6O
Boiling point, °Ca 78.5 –24.9
Melting point, °C –117.3 –138
Reaction with sodium Displaces hydrogen No reaction
Teoria Estrutural da Química Orgânica
• A Teoria Estrutural Responde: Os isômeros diferem na CONECTIVIDADE entre os átomos.
Ethyl alcohol Dimethyl ether
C
H
H
O C
H
H
HHC
H
H C
H
H
H
O H
Ethyl alcohol Dimethyl ether
Teoria Estrutural da Química Orgânica
Isômeros CONSTITUCIONAISDiferem na ordem de ligação dos átomos.
Teoria Estrutural da Química Orgânica
• Forma Tetraédrica do Metano
1. Em (1874) J. H. van’t Hoff e Le Bell As 4 LIGAÇÔES do átomos de C do METANO estão arranjadas em um TETRAEDRO REGULAR, e o átomo de C no CENTRO.
Ligações Químicas• Regra do Octeto
1. Em (1916) G. N. Lewis e W Kössel Propuseram que átomos sem a configuração eletrônica de um GÁS NOBRE (8 elétrons na CV) reagem para produzir tal configuração formando as LIGAÇÔES.
Ligações Químicas2. Tipos de Ligações Principais:
A. Ligação Iônica (ou Eletrovalente) É uma FORÇA ATRATIVA entre ÍONS com cargas de sinais opostos. Alta de eletrenegatividade.
ELETRONEGATIVIDADE
Mede a HABILIDADE de uma átomo em ATRAIR elétrons.
H 2.1
Li 1.0
Be 1.5
B
2.0 C
2.5 N
3.0 O 3.5
F 4.0
Na 0.9
Mg 1.2
Al 1.5
Si 1.8
P 2.1
S 2.5
Cl 3.0
K 0.8
Br 2.8
Increasing electronegativity
Li Be B C N O F
Electronegativities of Some of Elements
Ligações Químicas Exemplo: Reação entre Lítio e Flúor.
Li F+ F+Li+
Li + F••••
•• ••
••••
Li+ •• ••Li+ F
electron transfer He configuration ionic bondNe configuration
F
Lítio (Li) Flúor (F)metal não-metalbaixa eletronegatividade alta eletronegatividadeperde elétron Estado de < E ganha elétron forma cátion (Li+) He forma ânion (F-) Ne
Ligações Químicas Características das Substâncias Iônicas
Fluoreto de Lítio (LiF)•Sólido cristalino•Alto PF•Polares•Bem solvatados por solventes polares (água)•Em solução conduzem corrente elétrica
Ligações Químicas2. Tipos de Ligações Principais:
B. Ligação Covalente É quando há COMPARTILHAMENTO de elétrons entre os átomos. Baixa de eletronegatividade.
+H H HH2each H shares two electrons
(He configuration)or H HH
+Cl2 or Cl ClClCl ClCl
+H H HH2each H shares two electrons
(He configuration)or H HH
+Cl2 or Cl ClClCl ClCl
FORMAÇÃO DE MOLÈCULAS (Cl2)Cloro (Cl) mesma eletronegatividadecompartilha elétron ânions (Cl-) Ne (Estado de < E)
Ligações Químicas Observações: Ligações Covalentes.
Configuração de um GÁS NOBREEstado de < E
REPRESENTAÇÃO DAS MOLÉCULAS
Fórmulas de PONTOS DE ELÉTRONS;
Fórmulas de TRAÇOS.
or
methane
C
H
H H
H
H C
H
H
H
N NN N or
N2
Ligações Químicas Características das Substâncias Moleculares
Cloro (Cl2)•Gás, líquido ou sólido•PF variável•Polares ou apolares•Bem solvatados por solventes polares e apolares
Estruturas de Lewis• Escrevendo as Estruturas de Lewis. (exemplos pg. 7 e 8 e exercício. pg. 10)
1. Escrever as estruturas das moléculas mostrando os elétrons de
valência (elétrons da camada mais externa);
2. Todos os átomos da molécula devem ter o número de elétrons CV
(respeitando a regra do octeto para o gás nobre do seu período na
tabela periódica);
3. O número de elétrons de valência de um átomo é igual ao número do
grupo que pertence o átomo na tabela periódica;
4. Se a estrutura é um íon, adicionamos ou subtraímos elétrons;
5. Cada par de elétrons compartilhados pode ser representado por
traços.
Estruturas de Lewis• Escrevendo as Estruturas de Lewis.
Carga Formal• Atribuição de unidades de carga positiva ou negativa para certos átomos
na moléculas ou íons.
• É um método de contagem para as cargas elétricas, pois a SOMA de todas as cargas formais é igual ao total da carga na molécula ou no íon.
Ácido acético
Carga Formal• Calculando as Cargas Formais
1. A carga formal para um átomo é igual a DIFERENÇA entre número de elétrons de valência no seu estado LIVRE e a METADE número de elétrons de valência no seu estado LIGADO
H: EVL = 1 CF = 1 - 1 = 0EV = 1
N: EVL = 5 CF = 5 – 4 = +1EV = 4
CFT = 4 (0) + 1 = +1
Carga Formal• Calculando as Cargas Formais
H: EVL = 1 CF = 1 - 1 = 0EV = 1
O: EVL = 6 CF = 6 – 6 = 0EV = 6
CFT = 2 (0) + 0 = 0
H: EVL = 1 CF = 1 - 1 = 0EV = 1
C: EVL = 4 CF = 4 – 4 = 0EV = 4
CFT = 4 (0) + 0 = 0
Carga Formal• Calculando as Cargas Formais (exercício. pg. 11 e 12)
C
O
O O
2O: EVL = 6 CF = 6 - 6 = 0
EV = 6
O: EVL = 6 CF = 6 – 7 = -1EV = -7
C: EVL = 4 CF = 4 – 4 = 0EV = 4
CFT = 2 (-1) + 0 + 0 = -2
Carga Formal• As estruturas de Lewis e a carga formal auxiliam na CONSTRUÇÃO da
estrutura molecular correta.
• Exemplo do ácido nítrico (HNO3).
• Fórmula molecular correta: HONO2
Exceções à Regra do Octeto
• Em teoria somente os elementos do 2º PERÍODO podem ter no MÁXIMO 4 LIGAÇÕES.
Exceções à Regra do Octeto
•Os elementos do 2º PERÍODO só possuem orbitais s e p.
Exceções à Regra do Octeto
• Distribuição Eletrônica dos elementos do 2º PERÍODO.
Li (3) 1s², 2s¹ Be (4) 1s², 2s²B (5) 1s², 2s², 2p1
C (6) 1s², 2s², 2p²N (7) 1s², 2s², 2p³O (8) 1s², 2s², 2p4
F (9) 1s², 2s², 2p5
Exceções à Regra do Octeto
• Exemplo do trifluoreto de boro (BF3).
Algumas moléculas muito reativas possuem átomos com MENOS de 8 na CV.
Exceções à Regra do Octeto
• A partir do 3º PERÍODO os elementos podem ter MAIS de 4 LIGAÇÕES.
Exceções à Regra do Octeto
•Os elementos a partir do 3º PERÍODO possuem orbitais s, p e d.
Exceções à Regra do Octeto
• Distribuição Eletrônica de alguns elementos do 3º PERÍODO.
P (15)1s², 2s², 2p6, 3s2, 3d3
S (16)1s², 2s², 2p6, 3s2, 3d4
Exceções à Regra do Octeto
• Distribuição Eletrônica de alguns elementos do 3º PERÍODO.
P (15)1s², 2s², 2p6, 3s2, 3d3
S (16)1s², 2s², 2p6, 3s2, 3d4
Exceções à Regra do Octeto
• Exemplo do PCl5 e SF6.
Algumas moléculas com átomos que possuem orbitais d possuem MAIS de 8 na CV.
Ressonância ou Efeito Mesomérico
• Problema: Estruturas Lewis Localização ARTIFICIAL de elétrons.
• Exemplo do Íon Carbonato (CO3-)
3 estruturas de Lewis EQUIVALENTES.
• Cargas formais IGUAIS para os mesmo átomos das diferentes estruturas.
C
O
O OC
O
O
OC
O O
O
1 2 3
Ressonância ou Efeito Mesomérico
• Características:
• 1a: Cada átomo - configuração de GÁS NOBRE.
• 2a: Converter uma estrutura para a outra apenas TROCANDO as posições dos elétrons.
••
••••
••••
1 2
becomes becomes
3
CO
O
O
CO O
O
C
O
O O
Ressonância ou Efeito Mesomérico
Estudos de raios X:
−Todas as ligações C-O do íon carbonato têm o mesmo comprimento: 1,28 Å;
−Ligações C-O: mais curtas do que ligações C-O simples (1,43 Å);
−Ligações C-O: mais compridas do que ligações C=O duplas (1,20 Å);
A calculated electrostatic potential map for carbonate dianion:
Ressonância ou Efeito Mesomérico
• NENHUMA da estruturas abaixo está CORRETA.
• Separadas NENHUMA delas fornece dados IMPORTANTES sobre o carbonato.
••
••••
••••
1 2
becomes becomes
3
CO
O
O
CO O
O
C
O
O O
Ressonância ou Efeito Mesomérico
Então como podemos representar o carbonato?
TEORIA DA RESSONÂNCIA
Teoria da Ressonância
A teoria afirma que:
Sempre que uma molécula / um íon puder ser representado por duas ou mais estruturas de Lewis que diferem apenas nas posições dos elétrons:
Teoria da Ressonância
E conclui que:
1. Nenhum dos contribuintes de ressonância será uma representação correta para a molécula ou íon.
2. Representação da molécula por um híbrido (média) dessas estruturas.
3. As estruturas de ressonância não são estruturas para a molécula / o íon real; só existem em teoria.
C
O2/3
2/3 O O2/3 C
O
O OC
O
O
OC
O O
O
1 2 3
Teoria da Ressonância
Sendo assim:
1. Nenhum dos contribuintes de ressonância pode ser isolado.
2. Nenhum contribuintes de ressonância representa adequadamente a molécula ou íon.
3. Na teoria de ressonância consideramos o íon carbonato, que é, uma espécie química real, como tendo uma estrutura que é um HÍBRIDO das 3 estruturas de ressonância hipotéticas.
Teoria da Ressonância
Híbrido de Ressonância do Benzeno
Teoria da Ressonância
Resumo das Regras de Ressonância
1. As estruturas de ressonância existem apenas em teoria;
2. Ao escrever as estruturas de ressonância só nos é permitido mover elétrons ( não é permitido mover átomos);
Teoria da Ressonância
Resumo das Regras de Ressonância
3. Todas as estruturas devem ser estruturas de Lewis apropriadas;
Teoria da Ressonância
Resumo das Regras de Ressonância
4. A energia da molécula real é mais baixa do que a energia que pode ser prevista para qualquer estrutura contribuinte;
5. Estruturas de Ressonância equivalentes contribuem igualmente para o híbrido e um sistema descrito por elas tem uma energia de estabilização grande;
Teoria da Ressonância
Resumo das Regras de Ressonância
6. Quanto mais estável uma estrutura (quando analisada isoladamente), maior é a contribuição para o híbrido;
a) Separação de carga diminui a estabilidade da estrutura de ressonância (menor contribuição para o híbrido);
Teoria da Ressonância
Resumo das Regras de Ressonância
b) As estruturas nas quais todos os átomos têm um nível de valência de elétrons completo (gás nobre) são especialmente estáveis e contribuem muito para o híbrido;
Teoria da Ressonância
Resumo das Regras de Ressonância
c) Os contribuintes de ressonância com carga negativa em átomos altamente eletronegativos são mais estáveis do que aqueles com carga negativa em átomos menos eletronegativos.
Mecânica Quântica
Em 1926 NOVA teoria da estrutura atômica e molecular
Broglie (1923) – Que o é possui PROPRIEDADES de uma ONDA, como as partículas.
Schrödinger(Teoria da MECÂNICA ONDULATÓRIA)
Heisenberg(Teoria da MECÂNICA QUÂNTICA)
Mecânica Quântica
Schrödinger (Teoria da MECÂNICA ONDULATÓRIA)
Que o MOVIMENTO dos elétrons é descrito em termos que levam em consideração a natureza de ONDA do elétrons.
Converteu um cálculo matemático para a ENERGIA de um sistema com 1 PRÓTON e 1 ELÉTRON na expressão chamada EQUAÇÃO DE ONDA.
ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
Mecânica Quântica
EQUAÇÃO DE ONDAHE
Possui várias SOLUÇÕES chamadas FUNÇÕES DE ONDA.