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113 QUÍMICA ORGÂNICA Unidade II 5 COMPOSTOS OXIGENADOS A partir deste ponto, daremos início aos estudos dos chamados compostos orgânicos oxigenados. Como o próprio nome sugere, são compostos que em sua composição possuem ao menos um átomo de oxigênio, além do carbono e do hidrogênio. Dentre as diferentes funções orgânicas oxigenadas, destacaremos as principais: álcoois, fenóis, cetonas, aldeídos, ácidos carboxílicos, éter e éster. Os compostos oxigenados são de grande importância tanto para a indústria quanto biologicamente. Na indústria, podemos destacar o uso dos compostos oxigenados na produção de perfumes, combustíveis, plásticos, essências, além de serem precursores para a formação de vários materiais, o que lhes atribui uma grande importância econômica. Biologicamente, os compostos oxigenados, como os açúcares, amido, colesterol e outros, estão envolvidos em importantes processos metabólicos; além disso, podemos encontrar algumas das funções orgânicas oxigenadas presentes nas estruturas de aminoácidos essenciais para a vida. 5.1 Compostos orgânicos oxigenados Abordaremos cada umas das funções orgânicas oxigenadas separadamente e em cada tópico vamos verificar as estruturas e as regras de nomenclatura de cada uma delas. Posteriormente, discutiremos algumas de suas propriedades físicas e químicas, métodos de obtenção e analisaremos os mecanismos de algumas reações químicas e algumas aplicações. 5.1.1 Álcoois A primeira função orgânica para compostos oxigenados que vamos estudar são os álcoois. Um álcool é um composto que possui em sua estrutura um ou mais grupos hidroxila (-OH) ligados diretamente a um átomo de carbono saturado. Neste momento, vale lembrar que os carbonos saturados são aqueles que formam apenas ligações simples, aquelas chamadas de ligações sigma (σ). Alguns autores costumam chamar a hidroxila de oxidrila, porém os dois termos são igualmente aceitos para se referir ao grupo funcional dos álcoois. Quando os grupos hidroxila estão ligados em cadeias carbônicas abertas, estes recebem o nome de álcoois alifáticos, como vemos a seguir. 114 Unidade II H3C H3C CH2 CH2HO CH2 CH CH2CH CH3 OH OH Figura 214 Ao analisarmos a estrutura da direita, podemos perceber que a molécula apresenta uma dupla ligação, logo possui carbonos insaturados, mas o grupo hidroxila não se liga a nenhum deles. Dessa maneira, chamamos esta molécula de álcool alifático também. Os grupos hidroxila também podem estar ligados a cadeias cíclicas; neste caso, os compostos são chamados de álcoois cíclicos. OH OH HO Figura 215 Note que o terceiro composto apresentado (direita) possui dois carbonos insaturados pela formação de uma dupla ligação no ciclo. Podemos manter a classificação deste composto como álcool cíclico, pois o grupo funcional hidroxila continua ligado a um átomo de carbono saturado, que forma uma ligação com cada carbono vizinho e um hidrogênio não apresentado na estrutura. Existem ainda álcoois que possuem anéis aromáticos em sua composição. Porém é muito importante lembrar que, nestes casos, a hidroxila não está diretamente ligada ao anel aromático, em que todos os carbonos são insaturados. Na sequência, apresentamos duas estruturas, sendo a da esquerda a de um álcool aromático e a da direita um exemplo de um fenol. A função fenol será abordada a seguir, pois não se trata de um álcool. H2C OH HO Exemplo de álcool aromático Fenol Figura 216 115 QUÍMICA ORGÂNICA 5.1.1.1 Nomenclatura de álcoois De acordo com as regras de nomenclatura sugerida pela Iupac, o nome das substâncias orgânicas pode ter até quatro características. A primeira delas chamaremos de número localizador, o qual é utilizado para informar em qual dos carbonos da cadeia principal podem ser encontrados grupos substituintes. A segunda característica é denominada prefixo, sendo usada para nomear os grupos substituintes ligados na cadeia principal. A nomeação da cadeia principal ou parental é a terceira característica, a qual é aplicada para atribuirmos o nome da maior cadeia carbônica. Seu nome será similar ao do hidrocarboneto com o mesmo número de carbonos, sendo retirada a vogal -o do final do nome do respectivo alcano. A quarta e última característica é chamada de sufixo e indica a função orgânica deste composto. Para os álcoois, o sufixo utilizado é -ol. Note que na ilustração seguinte existe uma sequência de números em azul. Esta numeração indica os carbonos da cadeia principal (parental) e deve ser sempre escrita do número menor para o maior, sendo que o grupo funcional da substância deve estar localizado próximo ao início da cadeia. No exemplo dado, o grupo hidroxila do álcool está diretamente ligado ao C1. H3C CH CH3 CH2CH2OH 3-Metilbutan-1-ol 4 3 2 1 Localizador Prefixo Parental Localizador Sufixo Figura 217 Lembre-se que para álcoois de cadeias simples, sem ramificações, os nomes serão atribuídos com base no nome do alcano com o mesmo número de carbonos, como podemos ver a seguir. H3C H3C CH2OH Metanol Etanol OH Figura 218 Sabe-se que duas ou mais substâncias dispares podem possuir a mesma fórmula molecular, porém, com diferentes estruturas, denominadas isômeros. Veja no exemplo a seguir como ficam os nomes dos álcoois obtidos para a fórmula molecular C4H10. 116 Unidade II CH2 CH2H3C H3C H3CCH2 CH CH3 CH2 OH OHOH CH2 CH3 CH3 Butan-1-ol Butan-2-ol 2-metilpropan-2-ol Figura 219 Com base no conjunto de informações vistas até aqui, podemos estabelecer uma sequência de passos para atribuir o nome dos álcoois. • Primeira etapa: escolha a cadeia principal que contenha o maior número de átomos de carbonos e também o grupo hidroxila. Escreva o nome da cadeia de acordo com a nomenclatura Iupac para os hidrocarbonetos correspondentes, mas substitua o sufixo o por ol, que é o sufixo para álcoois. • Segunda etapa: numere a cadeia de tal forma que a hidroxila esteja posicionada próxima aos carbonos de menor número. Caso aja necessidade do uso de números localizadores ao formular o nome da substância, esta numeração deve ser usada. • Terceira etapa: identifique os grupos substituintes presentes que estejam ligados diretamente à cadeia principal e escreva seus nomes em ordem alfabética. O nome do grupo substituinte deve ser precedido do número localizador para identificar sua posição ao longo da cadeia. CH2 CH CH2HO H3C H3C 1 2 3 4 5 CH2 CH 2-etil-4-metilpentan-1-ol CH3 Figura 220 Em alguns casos, algumas substâncias podem apresentar grupos substituintes repetidos ligados à cadeia principal; dessa forma, acrescenta-se ao nome dos substituintes os termos di, tri, tetra e assim por diante. Veja os exemplos a seguir. 117 QUÍMICA ORGÂNICA H3C H3CH3C CH CHCH CH2 CH2CH2 HO HOHO H3C H3C 1 11 2 22 3 33 4 44 5 55 CH2 CH2 CH3 CH2 CH CHCH2CH3 2, 4-dimetilpentan-1-ol 2, 3, 4-trimetilpentan-1-ol2-metilpentan-1-ol CH3 CH3 Figura 221 Mas o que deve ser feito caso exista mais de uma hidroxila na estrutura do álcool? Em álcoois que possuam mais de um grupo hidroxila, também se acrescenta os termos di, tri e assim por diante. HO HO OH OH H3C HO CH2 CH2 HC CH2 CH OH CH3 Propano-1,3-diol Propano-1,2,3-triolPropan-2-ol CH2 CH2 Figura 222 No exemplo anterior, para os casos dos compostos em que apareceram os termos diol e triol, o nome dos alcanos que representam a cadeia principal foram mantidos para evitar a adjacência entre as consoantes n do propan, d em diol e t em triol. Exemplo de aplicação Indique o nome dos álcoois a seguir de acordo com a nomenclatura Iupac ou represente a estrutura a partir dos nomes dos respectivos compostos. a) OH Figura 223 Resolução: A cadeia principal possui cinco átomos de carbono e deve ser numerada da esquerda para a direita a partir da extremidade mais próxima da hidroxila. Nesta molécula não existem outros grupos substituintes. Dessa maneira, teremos: pentan-2-ol. 118 Unidade II 1 2 3 4 5 OH Figura 224 b) OH Figura 225 Resolução:Neste caso, a cadeia principal também possui cinco átomos de carbono, porém a hidroxila está posicionada no terceiro átomo da cadeia. Como o C3 está exatamente no meio da cadeia, esta pode ser numerada a partir de qualquer extremidade. Dessa maneira, temos: pentan-3-ol. 5 4 3 2 1 OH Figura 226 c) OH Figura 227 Resolução: A cadeia principal possui seis átomos de carbono e deve ser numerada a partir da extremidade mais próxima da hidroxila. Esta se encontra ligada no carbono de número dois. Existem ainda dois radicais metil ligados ao C3 e ao C5 nesta molécula, portanto usaremos o termo dimetil. Dessa maneira, teremos: 3,5-dimetilexan-2-ol. 119 QUÍMICA ORGÂNICA OH 1 2 3 4 5 6 Figura 228 Neste caso, deve-se omitir a letra h do hexano, pois está precedido de l. Na nomenclatura em português ele é omitido para evitar a formação do som lhe no nome do composto; porém, em inglês, o h é mantido no nome do composto. d) 2,4-dimetilexan-3-ol Resolução: O nome do parental é exan e isso indica que a cadeia principal possui seis átomos de carbono. O localizador três indica a presença de uma hidroxila no terceiro carbono, representada pelo sufixo -ol. O prefixo dimetil indica a existência de dois grupos metil, que de acordo com os números localizadores 2 e 4 devem estar ligados nestas posições da cadeia principal. Dessa maneira, teremos a estrutura: 1 2 3 4 5 6 OH 2,4-dimetilexan-3-ol Figura 229 e) 5-metilexano-2,3-diol Resolução: O nome que representa a cadeia principal é exano, o qual deriva de hexano e possui seis carbonos. O termo diol indica que existem dois grupos hidroxila na estrutura deste álcool, e os localizadores apontam que elas estão ligadas aos carbonos C2 e C3. Existe um único grupamento metila na estrutura junto ao carbono C5. A estrutura será: Dessa maneira, teremos: 120 Unidade II 6 5 4 3 2 1 OH OH 5-metilexano-2,3-diol Figura 230 f) OH Figura 231 Resolução: Neste álcool a cadeia carbônica possui 6 átomos e é cíclica. O alcano correspondente é o cicloexano. Existe um único grupo substituinte nesta molécula, não havendo assim a necessidade de numerar a cadeia cíclica, visto que todos os átomos de carbonos representam posições equivalentes. Neste caso, a regra é a mesma para álcoois comuns e basta retirar a vogal -o do final do nome do alcano cíclico e adicionar o sufixo -ol para indicar o nome do álcool. Neste caso, teremos o cicloexanol. g) OH Figura 232 Resolução: Embora a cadeira principal também possua seis carbonos, a existência de uma dupla ligação indica que este álcool é derivado do cicloexeno. Assim, deve-se numerar a cadeia a partir do carbono diretamente ligado à hidroxila e seguir a numeração na direção da dupla ligação. OH 4 1 26 5 3 Cicloex-3-eno-1-ol Figura 233 121 QUÍMICA ORGÂNICA 5.1.1.2 Classificação dos álcoois Os álcoois são classificados como primários (1º), secundários (2º) e terciários (3º) de acordo com o número de radicais orgânicos que estão unidos com o carbono no qual a hidroxila está ligada. Para ilustrar esta classificação, utilizaremos a letra R para indicar radicais genéricos ligados ao átomo de carbono que contém a ligação com a hidroxila. Dessa forma, podemos representar: OH OH OH C C CR R RH H R H R R Álcool primário Álcool secundário Álcool terciário Figura 234 No exemplo anterior, note que apenas utilizamos a letra R para representar um grupamento orgânico qualquer. Eles podem ser todos iguais, mas também podem ser diferentes. Nestes casos, sugerimos o uso de subíndices e escrevemos R1, R2 e R3 quando necessário. Você poderá se perguntar: “Mas por que este tipo de informação pode ser importante para mim? O fato é que, muitas vezes, durante a descrição de uma estrutura ou nas orientações de um mecanismo de reação, nos referimos às posições de interesse em um composto para facilitar a compreensão. Por exemplo, pode-se utilizar a expressão hidroxila do carbono terciário para diferenciá-la de outras hidroxilas em outras partes de um composto. Observação O metanol é o único álcool que contém em sua estrutura um único átomo de carbono e não possui grupos R ligados ao carbono no qual está a carbonila. As outras três posições estão ocupadas por átomos de hidrogênio. Mesmo assim, classificaremos o metanol como um álcool primário, sendo a única exceção à regra. 5.1.2 Fenóis Os fenóis também possuem um grupo hidroxila como grupo funcional. Porém, diferente dos álcoois, a hidroxila dos fenóis está diretamente ligada a um carbono insaturado de um anel benzênico, ou seja, a hidroxila estará unida a carbonos que fazem duplas ligações, aquelas chamadas ligações π. Todas as substâncias que derivam dessa estrutura-base são compostos que pertencem à família do fenol. 122 Unidade II OH Fenol Figura 235 São amplamente utilizados em diversas áreas da indústria, como a fabricação de corantes, preparo de bactericidas hospitalares, resinas e precursor na síntese de aspirina. 5.1.2.1 Nomenclatura de fenóis As regras de nomenclatura de fenóis seguem as regras de nomenclatura de compostos orgânicos da Iupac. Assim, uma vez identificada a presença de fenol na estrutura da molécula, deve-se numerar os carbonos da cadeia cíclica considerando que a hidroxila está ligada diretamente ao C1. Em seguida, a numeração crescente é realizada na direção do grupo substituinte mais próximo. OH OH OH 3 3 2 2 2 1 1 1 2-metilfenol 3-metilfenol 4-metilfenol Figura 236 Uma alternativa para o nome dos compostos fenólicos apresentados anteriormente, a qual também é aceita pela Iupac e é muito utilizada pelos químicos de síntese orgânica para facilitar a explicação de mecanismos de reações orgânicas, é o uso dos prefixos orto- (o), meta- (m) e para- (p). As regras são as mesmas utilizadas para anéis benzênicos dissubstituídos. Verifique na ilustração a seguir as posições orto, meta e para com relação à posição da hidroxila do fenol. OH ortoorto para metameta Figura 237 123 QUÍMICA ORGÂNICA Os nomes alternativos para os compostos correspondentes ficariam assim: OH OH OH orto-metilfenol m-metilfenol p-metilfenol Figura 238 Para o caso de existirem grupos substituintes R repetidos na estrutura, lembre-se de acrescentar aos prefixos os termos di-, tri- e assim por diante, indicando a posição de cada grupamento com o respectivo número localizador. OH OH OH 33 4 4 35 2 2 2 1 1 1 2,3-dimetilfenol 3,4-dimetilfenol 2,4,5-trimetilfenol Figura 239 Quando os grupos substituintes em um fenol forem diferentes uns dos outros, mantemos a regra de escrevê-los em ordem alfabética, sendo o prefixo que representa o nome do substituinte precedido pelo número localizador. OH OH CI CI CI CI OH OH 5 5 4 3 3 4 4 4 3 3 5 Br 5 62 2 2 2 1 1 1 1 3-etil-5-metilfenol 2,3-dicloro-5-metilfenol 5-cloro-2-metilfenol 2-bromo-4-cloro-6-metilfenol Figura 240 124 Unidade II Exemplo de aplicação Indique o nome Iupac das estruturas a seguir ou represente a estrutura dos derivados de fenóis a partir dos nomes dos respectivos compostos. a) OH CI Figura 241 Resolução: Numere o anel benzênico a partir do carbono que está ligado à hidroxila e siga a numeração em direção ao átomo ligado ao cloro substituinte e teremos a posição C2. Dessa maneira, teremos: 2 1 OH CI 2-clorofenol Figura 242 b) OH CI NO2 Figura 243 Resolução: Deve-se numerar a cadeia aromática a partir do carbono ligado ao grupo hidroxila e seguindo a numeração crescente na direção do grupo mais próximo. Assim, teremos o cloro ligado ao C3 e o grupo nitro- na posição C4. Lembre-se de que os nomes dos grupos substituintes devem ser escritos em ordem alfabética. Logo, podemos nomear o composto como: 125 QUÍMICA ORGÂNICA 3 2 1 4 OH CI NO2 3-cloro-4-nitrofenol Figura 244 c) OH F Figura 245 Resolução: Numere o anel benzênico a partir da hidroxila em direção ao grupo substituinte mais próximo. Escreva os nomes dos substituintes em ordem alfabética,sendo precedidos pelos respectivos números localizadores e finalize o nome da estrutura com o sufixo fenol. 5 6 3 2 1 4 OH F 2-etil-5-fluorfenol Figura 246 d) 3-cloro-4,5-dimetilfenol Resolução: Inicialmente, desenhe a estrutura-base de um fenol e numere o anel benzênico arbitrariamente, posicionando a hidroxila no C1. Represente no C3 um átomo de cloro e nas posições C4 e C5 represente as duas metilas indicadas pelo prefixo dimetil. 126 Unidade II 5 3 2 1 4 OH CI 3-cloro-4,5-dimetifenol Figura 247 e) 2,5-dinitrofenol Resolução: Numerando a cadeia do anel a partir da hidroxila, encontraremos os dois grupos nitro indicados pelo prefixo dinitro, que de acordo com os localizadores devem ser posicionados no C2 e C5. 5 3 2 1 4 OH O2N NO2 2,5-dinitrofenol Figura 248 f) 2,3,6-trifluor-5-metilfenol Resolução: Nas posições C2, C3 e C6 do anel, represente os três átomos de flúor indicados pelo prefixo trifluor e no C5 represente um grupo metila para obter a estrutura. 3 5 6 1 2 4 OH F FF 2,3,6-trifluor-5-metilfenol Figura 249 5.1.2.2 Exceções e estruturas similares aos fenóis Como mencionado anteriormente, a definição para fenol nos diz que a estrutura-base é de uma hidroxila ligada diretamente a um anel benzênico. Para os casos em que o anel está ligado a um número maior de hidroxilas, opta-se pelas regras de nomenclatura para os benzenos substituídos. Dessa 127 QUÍMICA ORGÂNICA maneira, escrevemos o prefixo benzeno seguido pelos números localizadores que indicam as posições de substituição das hidroxilas e utilizamos antes do sufixo -ol os termos di, tri e assim por diante. Estes compostos não são vistos como fenóis por um grande número de químicos, pois a definição de fenol, neste caso, não é respeitada. Veja a seguir alguns exemplos para os nomes de alguns compostos. 2 1 OH OH 4 6 1 23 5 OH OH F 3 21 4 OH OH 4-metilbenzeno-1,3-diolBenzeno-1,2,4-triolBenzeno-1,2-diol Figura 250 Uma outra possibilidade seria a hidroxila estar ligada a um anel aromático diferente do benzeno. Podemos citar como exemplo os derivados do naftaleno. O naftaleno possui dois anéis benzênicos condensados e sua estrutura é apresentada a seguir (esquerda), além de também apontarmos alguns de seus derivados. Note que os nomes dos compostos também apresentam o sufixo -ol, embora possuam uma classe própria e não sejam necessariamente chamados de fenóis, pois também não se encaixam na definição. 4 5 1 1 5 4 2 7 3 3 6 2 OH OH OH OH OHOH Nataleno-1,3,5-triolNaftaleno-1,7-diolNaftaleno-1-olNaftaleno Figura 251 A partir do exemplo anterior, é possível notar que a nomenclatura dos derivados do naftaleno possui regras próximas. Essas não serão abordadas neste momento, visto que o tema em foco nesta seção são os fenóis. 5.1.3 Cetonas A terceira classe de compostos orgânicos oxigenados que vamos estudar são as cetonas. A função orgânica das cetonas é o grupo carbonila, formado por um oxigênio ligado a um átomo de carbono por dupla ligação. Este átomo de carbono, por sua vez, estará obrigatoriamente ligado a outros átomos de carbono de dois radicais substituintes. 128 Unidade II R R C O Carbolina ligada a dois radicais R Figura 252 A cetona mais comum é comercialmente conhecida como acetona, sendo muito utilizada para remoção de esmaltes de unhas. Porém, as cetonas possuem aplicações industriais e farmacêuticas também. Pode-se citar como exemplos o uso de cetonas como solventes para tintas, vernizes, graxas e resinas, extração de óleos a partir de sementes e em compostos orgânicos mais complexos. A função cetona pode ser encontrada em medicamentos e substâncias de atividade biológica, principalmente em plantas, desempenhando papel na defesa contra insetos, formando corantes de plantas e aromas. 5.1.3.1 Nomenclatura de cetonas Embora a Iupac permita que algumas cetonas mantenham os seus nomes comuns ou comerciais, trataremos aqui somente dos nomes que seguem as regras mais formais. Para nomear uma cetona, numere a cadeia com o maior número de carbonos a partir da extremidade mais próxima ao grupo carbonila. Utilize o nome do hidrocarboneto parental para escrever o nome do composto e os números localizadores para indicar a posição da carbonila, seguida do sufixo -ona. Quando a cetona apresentar mais de uma carbonila, lembre-se de acrescentar ao sufixo os termos di, tri e assim por diante. A seguir, apresentamos alguns exemplos de cetonas e seus respectivos nomes. Para evitar a repetição de vogais, pode ser necessário remover a letra -o do final do nome do hidrocarboneto, mas antes dos termos di e tri, por exemplo, isso não será necessário. 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 5 5 5 O O O Pentano-2,3-diona Pentano-2,4-dionaPentan-2-onaPropan-2-ona O O O Figura 253 Algumas cetonas podem conter outros grupos substituintes ligados à cadeia principal. Neste caso, mantemos a regra de escrevê-los em ordem alfabética, precedidos de um número localizador, e o último grupo substituinte terá seu nome como prefixo condensado ao nome da cadeia parental. Isso pode ser notado pela formação dos nomes metilexan e etilexan nos exemplos seguintes. 129 QUÍMICA ORGÂNICA 4-cloro-3-metilexan-2-ona 3-etilexan-2-ona OO CI Figura 254 Até aqui apresentamos a nomenclatura relacionada às cetonas de cadeia aberta. Porém, muitas vezes, podem-se encontrar grupos aromáticos na estrutura destes compostos. Os três compostos a seguir possuem grupos aromáticos e vamos discutir brevemente a elaboração de seus respectivos nomes. O composto à esquerda possui uma cadeia linear principal, formada por apenas dois átomos de carbono e possui como hidrocarboneto parental o etano. Tanto a carbonila quanto o anel aromático estão posicionados no mesmo átomo C2. Embora vejamos nesta estrutura um anel benzênico, a sugestão de nome para este grupo substituinte, de acordo com a Iupac, é fenil (grupo fenila), assim, o nome atribuído ao composto da esquerda é 2-feniletan-2-ona. Para o composto do meio, notamos que o grupo carbonila está localizado entre duas fenilas (difenil). Consideramos então que a cadeia principal possui um único átomo de carbono e seu hidrocarboneto parental seria o metano, por isso o nome da cetona obtida é difenilmetanona, não havendo a necessidade da utilização de números localizadores. O terceiro composto, à direita, possui uma cadeia linear maior, com quatro átomos de carbono (butano) e foi numerado a partir da extremidade mais próxima à carbonila. Dessa forma, o grupo fenil está ligado diretamente ao C4, conforme indicado pelos números localizadores na estrutura a seguir. 1 1 1 4 2 2 3 O O O 2-feniletan-2-ona difenilmetanona 4-fenilbutan-2-ona Figura 255 A cadeia principal pode ser uma cadeia cíclica derivada de hidrocarbonetos e estar ligada ao grupo carbonila, formando as cetonas cíclicas. Nos exemplos a seguir, podemos ver dois compostos derivados de hidrocarbonetos cíclicos com cinco carbonos à esquerda. A primeira cadeia possui apenas ligações simples, e o alcano que fornece o nome parental é o ciclopentano. Neste caso, por possuir apenas uma carbonila ligada a este anel, não há necessidade do uso de um número localizador, e o nome do composto requer apenas que a letra -o no final do parental seja substituída pelo sufixo -ona, formando o nome ciclopentanona. Como o segundo composto possui uma dupla ligação na cadeia cíclica, a cadeia deve ser numerada a partir da carbonila em direção à dupla ligação. Assim, a carbonila estará em C1, e a dupla ligação em C2. O parental deste composto deriva do ciclopenteno. Assim, escrevemos o parental e o localizador 130 Unidade II para indicar cada posição da dupla ligação, finalizando com o localizador e o sufixo -ona para indicar a posição da carbonila. Os dois compostos mais à direita são formados por cadeias cíclicas, de seis átomos de carbono, e seguem as mesmas regras de nomenclatura. No entanto, vale ressaltar que no caso do terceirocomposto da figura existem duas carbonilas e, ao realizar a numeração da cadeia, deve-se fazê-la partindo de uma carbonila em direção à outra pela menor distância para depois seguir em direção à dupla ligação. Isso ocorre pelo fato de a presença das carbonilas possuírem prioridade sobre a dupla ligação no processo de nomenclatura. 4 4 44 1 1 1 15 5 5 5 3 3 33 6 6 2 2 2 2 O Ciclopentanona O Ciclopent-2-en-1-ona O O Cicloex-4-eno-1,3-diona O CIcloexa-2,4-dien-1-ona Figura 256 Exemplo de aplicação Dê o nome Iupac das respectivas estruturas das cetonas a seguir ou desenhe-as partir dos nomes fornecidos. a) O O Figura 257 Resolução: Numerando a cadeia a partir da extremidade mais próxima de uma carbonila, veremos que a cadeia possui sete carbonos e seu nome parental é derivado do heptano. No C2 encontraremos um grupo metil que servirá de prefixo ao heptano, do qual retiramos a letra h para evitar a formação do lh, e nos carbonos C3 e C4 estão as carbonilas (diona). Assim, escrevemos o nome do composto: 2-metileptano-3,4-diona 1 2 3 4 5 6 7 O 2-metileptano-3,4-diona O Figura 258 131 QUÍMICA ORGÂNICA b) O F Figura 259 Resolução: A numeração da cadeia principal indica a existência de quatro carbonos e o seu hidrocarboneto parental é o butano. Para escrevermos os nomes dos substituintes em ordem alfabética, primeiro grafamos o grupamento fenil e posteriormente o flúor como prefixo ao butano. Os grupamentos devem ser precedidos dos localizadores de posição. Note que a letra o do butano foi retirada para não haver coincidência de vogais ao escrevermos o sufixo ona. 1 4 2 3 O F 4-fenil-3-fluorbutan-2-ona Figura 260 c) O O Figura 261 Resolução: Ao numerarmos a cadeia principal a partir da extremidade mais próxima de uma carbonila, notaremos que entre os carbonos C6 e C7 existe uma dupla ligação. Neste caso, o hidrocarboneto que dará origem ao parental é o hepteno e usaremos o infixo -eno precedido de localizador. No C2 encontramos uma metila, e em C3 e C4 existem duas carbonilas (diona). Teremos então 2-metilept-6-eno-3,4-diona e mais uma vez notamos que o h de hepteno foi retirado para evitar a formação de lh. 1 2 3 4 5 6 7 O 2-metilept-6-eno-3,4-diona O Figura 262 132 Unidade II d) 4,4-diclorobutan-2-ona Resolução: O butan indica que o hidrocarboneto parental é um butano, ou seja, cadeia linear de quatro carbonos. Como sugerido pelo prefixo dicloro, existem na molécula dois átomos de cloro e ambos são substituídos na posição 4, como sugerido pelos números localizadores. A carbonila encontra-se no C2. Dessa forma, escreve-se e numera-se uma cadeia com quatro carbonos. No C2 escrevemos a carbonila e dois átomos de cloro em C4. 1 2 3 4 4,4-diclorobutan-2-ona CI CI O Figura 263 5.1.4 Aldeídos R H C O Representação geral dos aldeídos Figura 264 Assim como as cetonas, os aldeídos são compostos orgânicos oxigenados que possuem em sua estrutura grupos carbonila. Para os aldeídos, a posição da carbonila é sempre um carbono terminal, ou seja, a carbonila sempre estará ligada, por um lado, a um átomo de hidrogênio e, pelo outro, por um radical R. Podemos elaborar então uma representação geral para os compostos da família dos aldeídos. Muitas vezes, é possível identificar um aldeído por escrevermos ao final da fórmula a representação para a carbonila terminal como -CHO. O aldeído mais simples possui um único átomo de carbono e por este motivo estará ligado a dois átomos de hidrogênio. Esta é a única exceção para a regra apresentada anteriormente. Este aldeído é o metanal, sendo muito conhecido como formaldeído ou formol. O formol é um composto amplamente utilizado na agroindústria, para preparo de fertilizantes e defensivos agrícolas, e na indústria química. De modo geral, é precursor empregado no preparo de tintas, explosivos, detergentes e desinfetantes, e seus derivados são empregados em diversas áreas, como preparo de laminados, abrasivos, refratários e outros. O quadro a seguir apresenta o nome comercial mais conhecido para alguns aldeídos e que são aceitos pela Iupac. 133 QUÍMICA ORGÂNICA Quadro 10 – Nomes comuns e oficiais Iupac de aldeídos simples Fórmula Nome comum Nome oficial HCHO Formaldeído Metanal CH3CHO Acetaldeído Etanal O H Benzaldeído Benzenocarbaldeído 5.1.4.1 Nomenclatura de aldeídos Como o grupo carbonila dos aldeídos sempre ocupará uma posição terminal na cadeia, podemos dizer que estes compostos orgânicos são aqueles que possivelmente possuam as regras de nomenclatura mais simples. Basta identificar o número de carbonos na cadeia principal, contando sempre a partir do carbono do grupo –CHO, e retirar a letra -o do final do nome do hidrocarboneto correspondente e substituir pelo sufixo -al. 222 333 111 44 5 6 7 OOO HHH Propanal Pentanal Heptanal Figura 265 Quando existirem carbonos insaturados (duplas ou triplas ligações), lembre-se de indicar com o uso de números localizadores as suas posições e usar os infixos -en- ou -in- antes de escrever o sufixo -al. Veja a seguir alguns exemplos. 22 33 11 44 55 6 7 OO HH Pent-4-enal Hept-6-inal Figura 266 As regras para aldeídos com cadeias substituídas também seguem aquelas mencionadas anteriormente para nomear os compostos orgânicos. Sempre escreva os nomes dos substituintes em ordem alfabética, precedidos pelos números localizadores. Neste caso, também haverá a junção do nome do último substituinte como prefixo ao nome parental da cadeia principal e, em seguida, adiciona-se o sufixo -al. A seguir, apresentamos a estrutura de três aldeídos substituídos e seus respectivos nomes, conforme a nomenclatura Iupac. 134 Unidade II 2 22 3 3 31 1 1 4 4 O O O H CI H H 2-metilpropanal 2-cloro-3-metilbutanal 2,3-dimetilbutanal Figura 267 Lembrete Para diferenciar com facilidade a carbonila (C=O) de aldeídos e cetonas, lembre-se de que nos aldeídos a carbonila sempre está posicionada em um carbono primário, enquanto nas cetonas a carbonila está sobre um carbono secundário. Mas o que deve ser feito se existir mais de uma carbonila terminal no composto? Quando existirem duas carbonilas terminais no composto, teremos um dialdeído; neste caso, deve-se determinar o número de carbonos para definir o nome do hidrocarboneto parental e acrescentar o sufixo -dial para nomear o composto. Porém, quando três carbonilas terminais são observadas na estrutura, passamos a utilizar o sufixo tricarbaldeído. Nestes casos, a cadeia principal passa a ser contada sem consideramos na numeração dela os carbonos das carbonilas terminais. Dessa forma, indique o nome do hidrocarboneto seguido pelos números localizadores para indicar onde estão estabelecidas as carbonilas. Os três compostos a seguir são exemplos de dialdeídos e seus respectivos nomes Iupac. O O O OOO H H H H HH HexanodialButanodialPropanodial Figura 268 Já os compostos a seguir, que apresentam três carbonilas e passam a levar o nome de tricarbaldeídos, requerem um pouco mais de atenção para essa nomenclatura. Como mencionado anteriormente, observe que o composto da esquerda possui apenas um átomo de carbono que não está formando uma carbonila com o oxigênio. Neste caso, a cadeia possui um único átomo na sua cadeia principal, e o hidrocarboneto parental é o metano. Ao acrescentarmos o sufixo -tricarbaldeído, encontramos então o metanotricarbaldeído. O composto da direita possui uma cadeia de três carbonos (propano), e os números localizadores estão indicando que cada uma das três carbonilas presentes na estrutura estão ligadas respectivamente a C1, C2 e C3. 135 QUÍMICA ORGÂNICA 2 3 1 1 O O O O O O H H H H H H Propano-1,2,3-tricarbaldeídoMetanotricarbaldeído Figura 269 Nas carbonilas estão ligadas em cadeias cíclicas não aromáticas. Devemos identificar o nome do anel e acrescentar o sufixo -carbaldeido para finalizar a construção do nome do composto. A seguir, vemos os nomes de dois compostoscíclicos com seis carbonos (cicloexano) e cinco carbonos (ciclopentano), respectivamente, e a formação de seus nomes. O Cicloexanocarbaldeido Ciclopentanocarbaldeido OHH Figura 270 A nomenclatura de aldeídos formados a partir de cadeias cíclicas aromáticas requer um pouco mais de atenção, visto que a identificação do nome do anel não basta para atribuirmos o nome ao composto. No caso de um anel benzênico, que é o aromático mais simples, utiliza-se como prefixo benz- e acrescentamos a palavra aldeído como terminação. Na figura a seguir, podemos identificar à esquerda a estrutura do benzaldeído. Porém, para outros compostos baseados em anéis aromáticos mais complexos, como, por exemplo, o naftaleno, deve-se utilizar o nome do anel, mas também indicar, com o uso de números localizadores, a posição de substituição da carbonila do aldeído, acrescentando ao final do nome do composto o sufixo -carbaldeído. Veja, no exemplo a seguir, como ficaria o nome para diferentes aldeídos formados a partir do naftaleno. 11 2 O OO H HH Benzaldeído Naftaleno-1-carbaldeído Naftaleno-2-carbaldeído Figura 271 - Aldeídos formados em estruturas mais complexas, os carbaldeídos Note que no caso anterior devem-se utilizar as regras de nomenclatura para compostos aromáticos para realizar a numeração dos átomos de carbono. 136 Unidade II Exemplo de aplicação Dê o nome Iupac das respectivas estruturas dos aldeídos a seguir ou desenhe-as a partir dos nomes fornecidos. a) O HO CI H Figura 272 Resolução: Para este composto, numere a cadeia principal a partir da carbonila da esquerda para a da direita. Isso é feito dessa forma pois o grupo metil substituinte está mais próximo de uma extremidade do que o átomo de cloro. Neste composto, observamos que a cadeia principal possui sete átomos de carbonos, assim, teremos como hidrocarboneto parental o heptano. Escreva o nome dos substituintes em ordem alfabética, precedidos do número localizador. Temos um cloro no C4 e um grupo metil no C3. O nome do grupo metil servirá como prefixo ao nome do parental, formando metileptano, omitimos o h para evitar a formação do som de lh no nome do composto. Por existirem duas carbonilas de aldeídos neste composto, o sufixo -dial deve ser incluído para a conclusão do nome. Obtemos então: 7 5 64 3 2 1 O HO CI H 4-cloro-3-metileptanodial Figura 273 b) O H CI Figura 274 Resolução: A cadeia principal é um cicloexano e deve-se acrescentar a terminação carbaldeído. No entanto, existe ainda um cloro substituinte ligado ao ciclo. Por esse motivo, numera-se a cadeia cíclica a partir do carbono que está ligado à carbonila em direção ao átomo de cloro. O nome do cloro servirá como prefixo ao parental cicloexano e tanto o substituinte cloro como o termo carbaldeído serão precedidos por números localizadores. 137 QUÍMICA ORGÂNICA O H 21 3 CI 3-clorocicloexano-1-carbadeído Figura 275 c) 2,2-dimetilpropanal Resolução: De acordo com o nome do composto, a cadeia principal é derivada do propano (três átomos de carbono), e a terminação -al indica a existência de uma única carbonila terminal. Desenhe esta estrutura e numere a partir da carbonila. No carbono C2, acrescente os dois grupos metil. 2,2-dimetilpropanal H O 1 2 3 Figura 276 d) 3,5-difluorbenzaldeído Resolução: A estrutura-base deste composto é o benzaldeído. Desenhe um anel benzênico e ligue a ele uma carbonila (-CHO). Numere os carbonos do benzeno a partir daquele ligado diretamente à carbonila e nas posições C3 e C5 adicione os dois átomos de flúor, representados pelo prefixo difluor-. 1 6 4 5 3 2 OH F F 3,5-difluorbenzaldeído Figura 277 5.1.5 Ácidos carboxílicos Os ácidos carboxílicos são compostos orgânicos oxigenados que possuem em sua estrutura como grupo funcional orgânico a carboxila (-COOH) e podem ser genericamente representados como indicado a seguir: 138 Unidade II R OH C O Figura 278 O grupo R representado na estrutura da carbonila anterior pode ser um átomo de hidrogênio, um grupo alquila (cadeia linear ou cíclica saturada) ou um grupo arila (cadeia de anéis aromáticos). Quando o grupo R é um átomo de hidrogênio, temos o ácido carboxílico mais simples existente. Conhecido como ácido fórmico ou ácido metanoico, este composto é muito utilizado na indústria têxtil como fixador de corantes para tecidos e também serve como precursor em etapas de síntese de muitos produtos orgânicos. O nome trivial fórmico é derivado do latim e significa formiga, o qual foi dado pela primeira vez após sua determinação, quando foi isolado a partir de destilação realizada com os corpos de formigas. Quando o grupo R é um grupo metil (CH3-), temos um ácido muito comum e presente no nosso cotidiano, chamado trivialmente de ácido acético. Este ácido está presente em nossas casas na forma de vinagre, uma solução de ácido acético em água com concentração próxima de 5%. 5.1.5.1 Nomenclatura de ácidos carboxílicos Embora muitos ácidos carboxílicos possuam nomes triviais, daremos ênfase aqui aos nomes sistemáticos, seguindo as regras mais atuais da Iupac. Basicamente, a construção dos nomes dos ácidos carboxílicos mais simples segue a estrutura proposta a seguir: Ácido nome do hidrocarboneto + oico Ao inserir o nome do hidrocarboneto, lembre-se de subtrair a letra o do final, para evitar a repetição de vogais na escrita do nome do composto. As estruturas a seguir servem para exemplificar os nomes de alguns ácidos carboxílicos mais simples. Em parênteses, foram indicados alguns nomes triviais para alguns deles. O C C O O O OH OH OH Ácido metanoico (ácido fórmico) Ácido etanoico (ácido acético) Ácido porpanoico (ácido propiônico) Ácido pentanoico (ácido valérico) OHH H3C Figura 279 Se existirem grupos substituintes ou insaturações, estas devem ser mencionadas e seguem-se as regras da Iupac já apresentadas anteriormente. No entanto, o nome do composto deve ser precedido da palavra ácido, os substituintes escritos em ordem alfabética precedidos de número localizador, sendo que o último substituinte mencionado continua servindo como prefixo ao nome da cadeia parental, 139 QUÍMICA ORGÂNICA além de mantermos como sufixo -oico. Verifique a seguir os nomes atribuídos para cada um dos ácidos carboxílicos substituídos a seguir. Perceba que no composto da direita o infixo -en- foi introduzido, pois existe uma dupla ligação no C2. As cadeias carbônicas foram numeradas a partir da carboxila para facilitar a contagem dos átomos de carbono das cadeias principais. 2 2 3 3 4 4 5 1 1 O O OH OH CI CI Ácido 3,4-dicloropentanoico Ácido 2,3-dimetilbut-2-enoico Figura 280 Para os ácidos carboxílicos cíclicos, as regras de nomenclatura sugerem que o nome do composto começará com a palavra ácido, seguida da junção entre o nome da cadeia cíclica e do sufixo -carboxílico. Pode-se, assim, elaborar a seguinte estrutura para nomear estes compostos: Ácido nome do hidrocarboneto cíclico + carboxílico As regras de nomenclatura para o caso da existência de outros substituintes no anel seguem idênticas no que se refere ao uso de números localizadores, ordem alfabética dos grupos substituintes e presença de insaturações, como discutido para vários outros compostos anteriormente. Sendo assim, apenas apresentamos aqui duas estruturas como exemplo. Ácido 4-cloro-2-metilciclopentan-1-carboxílico Ácido 3,4-diclorocicloexano-1-carboxílico COOH COOH CI CI CI 2 2 1 1 5 54 4 3 3 6 Figura 281 COOH COOH COOH CI COOH COOH 6 6 55 3 3 2 1 1 4 42 Ácido benzoico Ácido benzeno-1,3-dicarboxílico Ácido 4-clorobenzeno-1,3-dicarboxílico Figura 282 140 Unidade II Com relação aos ácidos carboxílicos que possuem anéis aromáticos em sua estrutura, as mesmas regras continuam válidas. Neste momento, é importante lembrar que para casos em que a estrutura apresente mais de um grupo carboxílico ácido, devem ser acrescentados os termos di- ou tri- ao sufixo -carboxílico. Nas estruturasa seguir, utilizamos o anel aromático do benzeno para formar alguns ácidos orgânicos. Para ácidos formados por anéis aromáticos mais complexos, é necessário respeitar as regras de nomenclatura dos aromáticos polinucleares. Na estrutura da esquerda apresentamos o ácido benzoico. Este nome é permitido e aceito pela Iupac. Embora as regras de nomenclatura possam sugerir o nome de ácido benzenocarboxílico, este último não tem sido muito observado na literatura, apenas umas poucas menções nos sites de alguns fabricantes. Exemplo de aplicação Dê o nome Iupac das respectivas estruturas dos ácidos carboxílicos a seguir, ou desenhe-as a partir dos nomes fornecidos. a) OH COOH Figura 283 Resolução: Numerando a cadeia a partido do carbono da carboxila, teremos oito átomos de carbono, ou seja, ácido octanoico. Porém, temos uma substituinte hidroxila no C4 e duas metilas em C5 e C7. Logo, o nome para o composto será: 2 3 4 5 6 7 8 1 OH COOH Àcido 4-hidroxi-5,7-dimetiloctanoico Figura 284 b) COOH Figura 285 Resolução: Numere a cadeia cíclica a partir do carbono ligado à carboxila e siga a numeração em direção ao grupo etila. Isso é feito dessa forma pois este grupo substituinte tem maior massa que o grupo metila. Teremos o composto: 141 QUÍMICA ORGÂNICA COOH 26 1 35 4 Ácido 3-etil-5-metilcicloexano-1-carboxílico Figura 286 c) ácido 4-clorobenzoico Resolução: De acordo com o nome do composto, a estrutura-base é a de um ácido benzoico. Realizando a contagem a partir do átomo de carbono que contém a carboxila, posicionamos um átomo de cloro na posição C4. Note que este composto também poderia ser chamado de ácido p-clorobenzoico, visto que o cloro substituinte e a carboxila se encontram em carbonos opostos, ocupando a configuração para substituída. COOH 35 26 1 4 CI Ácido 4-clorobenzoico Figura 287 d) ácido 2,3-dietilpentanoico Resolução: O nome parental indica uma cadeia de cinco átomos de carbono (pentan-) que possui duas etilas ligadas nos carbonos C2 e C3. Desenhe uma cadeia com cinco átomos de carbono, numere a carboxila como C1 e posicione os grupos etila como sugerido anteriormente. COOH Ácido 2,3-dietilpentanoico 4 1 2 3 5 Figura 288 142 Unidade II 5.1.6 Éter A função orgânica que recebe o nome de éter é identificada pela presença de um átomo de oxigênio ligado a duas cadeias carbônicas. Se as duas cadeias ligantes forem idênticas, então classificamos o composto como um éter simétrico. Caso as cadeias sejam diferentes, o éter é assimétrico. O éter comum (éter etílico) já foi muito empregado na medicina como anestésico, mas foi desincentivado por causar irritação ao trato respiratório e mal-estar em pacientes no pós-cirúrgico. No entanto, ele ainda é muito utilizado como solvente apolar. Como o átomo de oxigênio está ligado a duas cadeias e estas podem ser alifáticas ou aromáticas, três situações podem ser identificadas e por isso podemos classificar os éteres em três grupos diferentes. O esquema seguinte nos apresenta estas três possibilidades. Os grupos representados por (-R) são os chamados alifáticos e os representados por (-Ar) são os substituintes aromáticos. R R ArR Ar Ar Éter alifático Éter misto Éter aromático O O O Figura 289 5.1.6.1 Nomenclatura de éteres Podemos estruturar a construção do nome dos éteres através de uma regra simples. O esquema a seguir nos mostra que, para construir o nome do composto de acordo com as regras Iupac, devemos iniciar o nome utilizando o prefixo referente ao grupo (-R1) mais leve. Em seguida, utilizamos o termo óxi e finalizamos o nome com o sufixo referente ao hidrocarboneto correspondente ao grupo (-R2) mais pesado. Se o éter for simétrico, isso não causará nenhuma interferência na construção do nome. Grupo mais leve + óxi + grupo mais pesado (hidrocarboneto) Vamos inicialmente verificar o nome de alguns éteres simétricos, ou seja, aqueles que possuem dois grupos (-R) idênticos ligados ao átomo de oxigênio. Verifique a seguir os nomes dos éteres formados por substituintes com um (MET-), dois (ET-) e três (PROP-) átomos de carbono nas cadeias dos grupos substituintes. H3C CH3 O Metoximetano Etoxietano 1-propoxipropano O O Figura 290 Para o metoximetano e o etoxietano, notamos que a construção do nome foi direta, bastando seguir a regra apresentada anteriormente. Para o composto da direita, além da junção do prefixo e do sufixo adequados pelo termo óxi, foi necessário o uso do número localizador para indicar qual átomo de carbono do substituinte está ligado diretamente ao oxigênio, pois, nesse caso, poderíamos ter realizado 143 QUÍMICA ORGÂNICA a ligação pelo C2 da cadeia, em vez de C1, como está apresentado na estrutura da direita. Em seguida, veremos os nomes de alguns compostos assimétricos. Pode-se notar que os dois compostos apresentados na parte inferior apresentam o nome etoxipropano e são isômeros. O número localizador, neste caso, está nos mostrando suas diferenças estruturais. No composto da esquerda, o oxigênio está ligado ao C1 da cadeia do propano, enquanto no éter da direita, a ligação é feita com o C2 da cadeia. 3 3 22 1 1 O O O Metoxietano 1-etoxipropano Propoxibenzeno 2-etoxipropano O Figura 291 Nos dois éteres que se seguem, podemos verificar a importância do uso adequado dos números localizadores. Em ambos os casos, o éter que serve como base para a formação destes compostos é o metoxietano. Porém, eles possuem um grupo cloro substituinte ligado à cadeia do etano. Note que realizamos a numeração desta cadeia a partir do carbono que está diretamente ligado ao átomo de oxigênio do éter. Dessa maneira, o átomo de cloro no composto da esquerda, assim como o carbono diretamente ligado ao oxigênio, ocupam a posição C1. No éter da direita, o átomo de cloro foi posicionado em C2, mas o átomo de carbono ligado ao oxigênio continua sendo C1, conferindo a numeração que diferencia os dois compostos. O O CI 1 1 2 2 1-cloro-1-metoxietano 2-cloro-1-metoxietano CI Figura 292 O O O O CICI 32 1 1 3 2 3-cloroxolano 3-cloroxanoOxolano Oxano Figura 293 144 Unidade II Apresentaremos a seguir apenas dois exemplos para nomenclatura de éteres que possuem cadeias cíclicas em sua estrutura. Não aprofundaremos aqui tais nomenclaturas pelo fato de ainda serem aceitas nos dias de hoje diversas maneiras diferentes. Os compostos aqui apresentados recebem nomes especiais. O éter que forma um anel de cinco membros é o oxolano. Esta cadeia cíclica é formada por quatro átomos de carbono e um de oxigênio. Note que no segundo composto a numeração da cadeia foi realizada a partir do átomo de oxigênio em direção ao cloro substituinte. Esta numeração é realizada a partir do oxigênio, pois se considera que este seja o início da cadeia heterocíclica. O mesmo pode ser observado para o oxano (cinco carbonos e um oxigênio) e seu derivado cloro substituído. Exemplo de aplicação Dê o nome Iupac das respectivas estruturas dos éteres a seguir ou desenhe-as a partir dos nomes fornecidos. a) H3C CH3 CI O Figura 294 Resolução: A cadeia menor possui dois átomos de carbono (Et) + oxi + (propano), e a maior possui três átomos de carbono. Como o átomo de cloro está substituído na cadeia maior, devemos apresentar seu nome como um substituinte precedido pelo localizador. H3C CH3 CI 2-cloro-1-etoxipropano O 3 2 1 Figura 295 b) CH3 O Figura 296 Resolução: A cadeia menor possui apenas um átomo de carbono (MET) + oxi + cicloexano, que é a cadeia cíclica com seis átomos de carbono. 145 QUÍMICA ORGÂNICA CH3 O Metoxicloexano Figura 297 c) 3,4-dimetioxolano Resolução: O sufixo do nome do composto é oxolano. Esta é uma cadeia heterocíclica formada por quatro átomos de carbono e um de oxigênio que deve ser numerado como primeiro elemento da cadeia. Em seguida, posicionamos as duas metilas substituintes nas posições C3 e C4. O 3,4-dimetiloxolano 2 1 5 43 Figura 298 5.1.7 Éster Um éster é umcomposto orgânico oxigenado que pode ser considerado um derivado dos ácidos carboxílicos. Na estrutura dos ésteres, o hidrogênio do grupo carboxila de um ácido acaba sendo substituído por um grupo alquila (-R) ou um grupo aromático (-Ar). Dessa maneira, podemos representar genericamente um éster como indicado a seguir: R R’ OH C O Figura 299 Muitos éteres considerados pequenos são responsáveis pelo aroma de muitas flores e sabor nas frutas. Muitos deles são empregados na indústria alimentícia como flavorizante, atribuindo o sabor artificial de doces em geral. Uma classe muito empregada de plásticos são os poliésteres, os quais possuem tamanho muito maior. 146 Unidade II 5.1.7.1 Nomenclatura de ésteres Como os ésteres são derivados dos ácidos carboxílicos, eles são nomeados a partir da identificação do ácido carboxílico, porém, deve-se substituir a terminação -ico pelo sufixo -ato e eliminar a palavra ácido do nome do composto. Em seguida, é feita a identificação do grupo alquila ou do aromático ligado diretamente ao oxigênio da carboxila. Para melhor ilustrar, nos compostos a seguir, a parte que representa o nome derivado do ácido carboxílico está destacada em azul na estrutura, e o grupo alquila ou aromático substituinte em vermelho. Destacamos neste ponto o fato de o nome acetato ser bastante aceito pela Iupac para se referir ao grupo derivado do ácido acético, porém poderíamos utilizar com tranquilidade o nome etanoato. O O OO O O O O Acetano de propila Acetato de cicloexila Propanoato de etila Cicloexanocarboxilato de etila Figura 300 Exemplo de aplicação Dê o nome Iupac das respectivas estruturas dos ésteres a seguir ou desenhe-as a partir dos nomes fornecidos. a) O O Figura 301 Resolução: Identifique a cadeia a partir do carbono com a dupla ligação ligando o oxigênio para identificar o ácido precursor. Numere esta cadeia e observe que ela possui três carbonos, ou seja, um derivado do ácido propanoico. No entanto, existe um grupo metila substituinte no C2 desta cadeia e por isso teremos 2-metilpropanoato. Há uma metila ligada ao oxigênio. 147 QUÍMICA ORGÂNICA 2 3 1 O O 2-metilpropanoato de etila Figura 302 b) benzoato de benzila Resolução: Desenhe um anel benzênico e ligue ao anel uma carboxila para formar o benzoato. Agregue ao oxigênio uma cadeia de três átomos de carbono (propila). O O Benzoato de propila Figura 303 5.2 Propriedades físicas e químicas Serão abordadas, através de comparações, algumas propriedades dos compostos orgânicos oxigenados. 5.2.1 Propriedades físico-químicas de álcoois e éteres A seguir algumas propriedades de álcoois e éteres para que possamos realizar um estudo comparativo destas. Para elaboração desta tabela, foram escolhidos álcoois e éteres de mesma fórmula molecular, ou seja, compostos com o mesmo número de carbonos, hidrogênios e oxigênios em sua estrutura. Embora possuam a mesma composição química, a organização estrutural é diferente e estes compostos são isômeros entre si. Tabela 4 – Propriedades de álcoois e éteres de mesma fórmula molecular Fórmula molecular Composto Nome PF (ºC) PE (ºC) Solubilidade g/L C2H6O CH3CH2OH Etanol -117 78 CH3OCH3 metoximetano -138 -24,9 328 148 Unidade II C4H10O CH3CH2CH2CH2OH butan-1-ol -89 118 90 CH3CH2CH(OH)CH3 butan-2-ol -114,7 99 290 CH3CH2OCH2CH3 etoxietano -116 35 69 CH3OCH2CH2CH3 metoxipropano * 38,8 30,5 *Dado não encontrado na literatura consultada nem em catálogos e sites de fabricantes e de revenda deste material. Como você poderia justificar estas diferenças nas propriedades entre os álcoois e os éteres, principalmente através das suas diferenças estruturais? Partindo dos dados tabelados, realizamos primeiramente a comparação entre o etanol e o metoximetano. É possível observar que tanto os pontos de fusão quanto os pontos de ebulição do álcool apresentam valores mais elevados que os do éter com a mesma fórmula molecular (C2H6O). Este fato se justifica pela presença do grupo hidroxila (-OH) na estrutura do álcool (esquerda), como observado na figura apresentada a seguir. Figura 304 – Estruturas do etanol (álcool) à esquerda e metoxietano (éter) à direita A presença do grupo hidroxila no álcool, em que um átomo de hidrogênio está ligado a um átomo de oxigênio mais eletronegativo, permite que ocorra nesta substância a formação das ligações de hidrogênio. Como a formação destas ligações ocorrem em proporções muito menores no éter, seus pontos de fusão e de ebulição acabam por ser menores que os observados para o álcool. As possibilidades de formação das ligações de hidrogênio no álcool fazem com que seja necessário fornecer uma maior quantidade de calor (maiores temperaturas) para que estas ligações se rompam e então ocorra uma mudança de estado físico, por exemplo, do estado líquido para o gasoso. Além disso, podemos notar que em questão de solubilidade em água, o etanol é considerado infinitamente solúvel, ou seja, mistura-se com água em qualquer proporção. Isto ocorre também devido ao fato de a hidroxila do álcool poder formar ligações de hidrogênio com as moléculas H2O da água, como mostrado no esquema a seguir. Como as moléculas do éter apresentam menores quantidades de ligações de hidrogênio formadas, além de possuírem menores pontos de fusão e de ebulição, a sua solubilidade em água também será menor, em torno de 328 g/L. 149 QUÍMICA ORGÂNICA R R R H O OH HO O H H δ- δ- δ- δ- δ+ δ+ Ligação hidrogênio entre duas moléculas de álcool Ligação hidrogênio entre uma molécula de álcool e água Figura 305 Ainda com relação às comparações que podem ser realizadas utilizando-se os dados da tabela anterior, observe que ao equipararmos dois álcoois estruturalmente diferentes, mas de mesma fórmula molecular (C4H10O), como o butan-1-ol e o butan-2-ol, o primeiro é um álcool primário, e, por este motivo, a hidroxila está mais exposta na extremidade da cadeia carbônica. Esta maior exposição ou maior polarização da molécula concede ao composto uma maior facilidade para a formação das ligações de hidrogênio e por esse motivo os PF e PE do butan-1-ol são maiores que os do butan-2-ol. Para justificar o fato de a solubilidade do segundo álcool ser maior em água que o do primeiro, uma abordagem mais complexa envolvendo diferentes formas de organização destas substâncias quando misturadas com a água é necessária. 5.2.2 Propriedades físico-químicas de cetonas e aldeídos Tanto em cetonas quanto em aldeídos, a presença do grupo funcional carbonila (C=O), que é um grupo considerado polar, faz com que estas substâncias possuam pontos de fusão e ebulição maiores que os dos hidrocarbonetos com pesos moleculares parecidos. No entanto, como este grupo funcional não apresenta um átomo de hidrogênio diretamente ligado ao oxigênio, as possíveis ligações de hidrogênio que estes compostos possam formar serão mais fracas que aquelas formadas pelos álcoois, motivo pelo qual as cetonas e aldeídos possuem pontos de ebulição menores que os álcoois de mesmo peso molecular ou com cadeias carbônicas parecidas. Na tabela a seguir são apresentados compostos isômeros entre cetonas e aldeídos com a finalidade de comparação entre suas propriedades. Observe que para a comparação entre as duas cetonas, propan-2-ona e butan-2-ona, ocorre uma elevação dos PF e PE que acompanha o aumento no número de carbonos na cadeia, ou seja, um aumento do peso molecular. O mesmo é observado ao compararmos os dois aldeídos entre si. Isso ocorre em ambos os casos, pois o aumento do peso molecular dentro de uma classe de compostos, sejam eles cetonas ou aldeídos, faz com que seja necessário maior quantidade de calor (maiores temperaturas) para promover a mudança de estado físico, por exemplo, do líquido para o gasoso. 150 Unidade II Tabela 5 – Propriedades de cetonas e aldeídos de mesma fórmula molecular Fórmula molecular Composto Nome PF (ºC) PE (ºC) Solubilidade g/L C3H6O CH3COCH3 propan-2-ona -95 56,1 CH3CH2CHO propanal-81 49 160 C4H8O CH3COCH2CH3 butan-2-ona -86 79,6 260 CH3CH2CH2CHO butanal -99 76 70 Podemos notar que o aumento do número de carbonos na cadeia faz com que os compostos tenham menor solubilidade em água. Por exemplo, a propan-2-ona é totalmente miscível em água, ou seja, se mistura em qualquer proporção. Porém, a butan-2-ona possui uma solubilidade próxima de 260 g para cada litro de água. Com o aumento de apenas um único átomo de carbono na cadeia, já foi possível observar que cadeias apolares maiores reduzirão a solubilidade do composto em água. O mesmo comportamento pode ser observado para o caso dos aldeídos apresentados. 5.2.3 Propriedades físico-químicas de ácidos carboxílicos e ésteres Os ácidos e ésteres carboxílicos possuem grupos carboxila em sua estrutura. Porém, nos ácidos, a carboxila é terminal e está ligada em um átomo de hidrogênio (R-COOH). No caso dos ésteres, a carboxila aparece substituída por dois grupos radicais (R-COOR’). Esta ausência do hidrogênio ligado a um oxigênio não permite que os ésteres façam ligações de hidrogênio fortes entre moléculas vizinhas, e os ésteres acabam possuindo pontos de fusão e ebulição menores que os ácidos carboxílicos e mesmos álcoois com pesos moleculares parecidos. A seguir alguns ácidos e ésteres com valores de pesos moleculares parecidos para finalidades de comparação. Tabela 6 – Propriedades de ácidos e ésteres carboxílicos Composto Nome PF(ºC) PE (ºC) Peso molecular (g/mol) CH3CH2COOH Ácido propanoico -21 141 74,08 CH3COOCH3 Acetato de metila -99 57 74,08 CH3(CH2)4COOH Ácido hexanoico -3 205 116,16 CH3COOCH2(CH2)2CH3 Acetado de butila -74 125 116,16 5.3 Reações químicas e mecanismos Uma grande variedade de reações químicas pode ser processada com os mais diferentes tipos de compostos orgânicos. Discutiremos algumas reações entre os compostos oxigenados aqui apresentados e também alguns mecanismos para a obtenção destes. 151 QUÍMICA ORGÂNICA 5.3.1 Obtenção de cetonas a partir de álcoois secundários Cetonas podem ser obtidas a partir da oxidação de álcoois secundários. Geralmente, emprega-se o uso de agentes oxidantes à base de cromo, tais como o ácido crômico (H2CrO4). Este ácido é alcançado a partir da adição do dicromato de sódio em ácido sulfúrico aquoso e possui uma coloração laranja. Neste ácido, o átomo de cromo está em um estado de oxidação +6 e, como ele é utilizado para oxidar os álcoois, após a reação, o estado de oxidação é +3 e ocorre a formação do óxido crômico (CrO3) na forma aquosa e de coloração esverdeada. Esta reação era utilizada antigamente nos bafômetros com escala colorimétrica. Porém, no caso dos bafômetros, a reação de oxidação se dava sobre o etanol, um álcool primário, e o produto de reação era um aldeído e não uma cetona. Primeiramente, apresentamos a equação balanceada à oxidação de álcool secundário para a obtenção de cetonas. + 2H2CrO4 + 6H + +2Cr3+ + 8H2OCH OH R R R C O R Figura 306 Esta reação está mais bem detalhada na sequência, através do mecanismo que foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, podemos verificar a formação do éster cromato. Este se forma pela ligação do ácido crômico na forma aquosa com o álcool em meio ácido. Observando a sequência, no primeiro passo da reação, teremos: Inicialmente, (a) o oxigênio do álcool doa um par de elétrons para o átomo de cromo, e um oxigênio recebe um próton presente no meio ácido. Em seguida, (b) o hidrogênio ligado ao oxigênio do álcool é doado para uma molécula de água, e o par de elétrons desta ligação estabiliza a carga positiva que estava presente sobre o átomo de oxigênio. Outro átomo de oxigênio receberá mais um próton do meio ácido. Os elétrons localizados sobre o átomo de oxigênio negativo (c) formarão uma dupla ligação com o cromo. Neste momento ocorre a liberação de uma molécula de água para o meio de reação. Em (d) foi obtido o éster cromato, que é o intermediário instável, e não pode ser isolado. 152 Unidade II Primeira etapa O O O HH H H H H H H H H H H H H HH O O O OO O O O O O O O O O O O O HO Cr Cr Cr Cr O CH + H2O CH CH CH R R R R R R R R + + + + - - - (a) (c) (b) (d) Figura 307 Após a formação do éster cromato na segunda etapa, o átomo de cromo captura um par de elétrons que inicialmente pertencia ao álcool e forma HCrO3 - em solução. Uma molécula de água capturará o átomo de hidrogênio que estava ligado ao carbono secundário do álcool e, ao fazer isso, os elétrons desta ligação migram para formar a ligação dupla entre o carbono e o oxigênio, formando o grupo carbonila da cetona. Segunda etapa O O HO HO Cr Cr O- O O O O + CC H H +++ HH H H R R R R Cetona Figura 308 5.3.2 Reação entre álcoois primários para obtenção de éter Uma reação para a obtenção de éter é a chamada reação de desidratação de álcoois primários. Esta é uma reação de substituição nucleofílica. Neste tipo de reação, um nucleófilo, que é uma espécie química que possui ao menos um par de elétrons não compartilhados, busca por um centro de densidade positiva 153 QUÍMICA ORGÂNICA de outra molécula. O mecanismo da reação de obtenção de éteres a seguir foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, ocorre a reação entre uma molécula do álcool e uma molécula de ácido sulfúrico (H2SO4). Nela, um par de elétrons do átomo de oxigênio da molécula do álcool rouba um hidrogênio ácido ionizável da molécula do ácido, formando, em solução, um álcool protonado e HSO4 -. Primeira etapa R RH O O-HSO3H SO3HCH2 OH O H CH2 + ++ Álcool primário Álcool protonado Figura 309 Na segunda etapa do mecanismo, o par de elétrons do oxigênio de outra molécula de álcool vai agir como nucleófilo e atacará o átomo de carbono primário do álcool para formar uma ligação. Neste momento, a molécula de água, que está ligada ao átomo de carbono primário, formada na primeira etapa, pode ser eliminada da molécula, pois é um bom grupo de partida (ou grupo abandonador), realizando então a substituição nucleofílica. Segunda etapa R R R R +H H CH2 OH HO O O H H CH2 + ++ CH2 CH2 Figura 310 Por fim, na terceira etapa, uma molécula de água se aproxima da espécie formada para remover o átomo de hidrogênio que está ligado ao oxigênio que possui uma carga positiva localizada. Os elétrons desta ligação rompida estabilizarão a carga, e o éter será formado, restando ainda água em meio ácido. Terceira etapa R RR R+ + H HO OO H + CH2 CH2CH2 CH2 O + H HH Éter Figura 311 154 Unidade II 5.3.3 Reação de esterificação de ácidos carboxílicos A reação na qual uma molécula de um ácido carboxílico é convertida em um éster é chamada de esterificação. Ela ocorre entre um ácido carboxílico e um álcool que deve ser catalisado pela presença de um ácido forte, pois se processa muito lentamente na ausência deste. Na primeira etapa do mecanismo de reação, os hidrogênios ácidos presentes no meio de reação protonarão o átomo de oxigênio da carboxila. Primeira etapa R ROH OH C C O- O+ + H+ H Figura 312 Após a protonação do ácido carboxílico, um par de elétrons do oxigênio de um álcool atacará o carbono da carboxila para formar uma ligação e expulsará um par de elétrons da dupla ligação entre o carbono e o oxigênio para estabilizar a carga positiva que se formou sobre o oxigênio na primeira etapa. Nesta segunda etapa, a espécie química formada mantém um equilíbrio com uma variação de sua estrutura, em que um átomo de hidrogênio acaba sendo perdido por um oxigênio e recebido por outro. Segunda etapa O O R OH C + O+ OH O + H H O H H H C CR RR’R’ R’ O O+ H H Figura 313 Na etapa final deste mecanismo, que pode ser chamada de desidratação, ocorre a eliminação de uma molécula de água. Um excesso de álcool no meio de reação garantirá a remoção do hidrogênio (destacado em azul) e teremos a formação do éster. Este excesso de álcool e a remoção da água do meio de reação, quando possível, deslocarão a reação no sentido de formaçãodo éster. 155 QUÍMICA ORGÂNICA Terceira etapa O R R C C O+ O H O O O H H CR -H2O -H + +H2O +H + Éster R’ R’ R’O+ H Figura 314 5.4 Aplicações 5.4.1 Etanol Um dos álcoois mais comuns, o etanol é amplamente empregado como combustível de veículos leves e é obtido principalmente da cana-de-açúcar. No Brasil, a legislação permite que o etanol seja também misturado à gasolina e ao diesel em proporções máximas de 20% e 8%, respectivamente. H3C CH2 OH Etanol Figura 315 A indústria de alimentos e de bebidas também é um exemplo de um grande mercado mundial que depende do etanol. Além disso, as indústrias farmacêuticas, de cosméticos, higiene e limpeza empregam o etanol nos mais variados produtos. 5.4.2 Sorbitol O sorbitol é um poliol, ou seja, possui em sua estrutura vários grupos hidroxila. Este composto é muito utilizado em alimentos e produtos de higiene, como creme dental e enxaguante bucal. Além de fornecer doçura e frescor, o sorbitol é menos calórico que os açúcares, como a sacarose, e pode ser empregado em produtos destinados a pessoas diabéticas. É encontrado em um grande número de frutos e, industrialmente é produzido a partir do processo de hidrogenação da glicose. Sorbitol é o nome comercial, porém, por se tratar de um poliol, a nomenclatura Iupac segue as regras para os álcoois e seu nome químico mais adequado é hexano-1,2,3,4,5,6-hexol. Pode ser comercializado tanto na forma de cristais brancos ou na forma líquida. OH OH HO OH OH OH Sorbitol Figura 316 156 Unidade II 5.4.3 Butadiona A butadiona é um composto orgânico oxigenado e tem sido utilizado como aromatizante em alimentos, responsável pelo agradável odor de queijo das pipocas de micro-ondas e pertence ao grupo das cetonas. Esta substância pode ser encontrada na manteiga ou produzida a partir de fermentações na presença de certas bactérias. Como o seu ponto de fusão é relativamente baixo, próximo de -2 ºC, a butadiona é um líquido amarelado à temperatura ambiente e pode ser facilmente incorporado no preparo industrial de alimentos, tais como a pipoca ou outros salgadinhos de sabor queijo. A nomenclatura formal da Iupac sugere o nome butano-2,3-diona, porém o nome butadiona é muito aceito, visto que não é possível a obtenção de outra diona com mesma fórmula molecular. O O Butadiona Figura 317 5.4.4 Cera de abelha A cera das abelhas pode possuir pequenas variações na sua composição, mas cerca de 70% de sua massa é formada por ésteres, sendo o principal o palmitato de miricila. Este éster pode ser considerado como um derivado do ácido palmítico que sofreu esterificação com um álcool de miricila, que tem uma cadeia de trinta átomos de carbono. As ceras de abelhas são comumente empregadas no preparo de pomadas em farmácias homeopáticas e de manipulação, porém podem ser substituídas por outros ésteres, como, por exemplo, a lanolina. C O H31C15 C30H61 O Palmitato de miricila Figura 318 Saiba mais Uma classe de compostos oxigenados que são derivados de ácidos carboxílicos são os anidridos. Eles são obtidos a partir da reação de desidratação que resulta na condensação de duas moléculas de ácidos carboxílicos. Para saber mais sobre eles, indicamos as leituras a seguir: FELTRE, R. Química orgânica. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. v. 3. p. 99. 157 QUÍMICA ORGÂNICA FOGAÇA, J. R. V. Anidridos orgânicos. Brasil Escola, [s.d.]. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/anidridos-organicos.htm>. Acesso em: 5 jul. 2017. 6 COMPOSTOS NITROGENADOS Uma grande quantidade de compostos orgânicos possui pelo menos um átomo de nitrogênio em sua estrutura. Embora compostos nitrogenados tenham, muitas vezes, importância industrial, biologicamente estes compostos recebem destaque, pois estão muito presentes em organismos vivos. A dopamina, por exemplo, é um neurotransmissor e desempenha vários papéis no cérebro e no corpo, além de ser o precursor natural da adrenalina. Substâncias como a nicotina e a cocaína são viciantes e são extraídas do tabaco e da planta da coca, respectivamente. Os aminoácidos que formam as estruturas de proteínas e enzimas, assim como as bases nitrogenadas que formam o DNA dos seres vivos, são outros exemplos muito importantes de compostos nitrogenados, sem os quais seria impossível a existência da vida como a conhecemos. 6.1 Compostos orgânicos nitrogenados A seguir apresentaremos algumas funções orgânicas que possuem em sua estrutura ao menos um átomo de nitrogênio. Iniciaremos pela nomenclatura de tais compostos e, posteriormente, abordaremos algumas de suas propriedades, rotas de obtenção e mecanismos de algumas reações químicas. Para finalizar, serão apresentadas algumas substâncias nitrogenadas e suas aplicações. 6.1.1 Aminas Os compostos orgânicos nitrogenados chamados de aminas são amplamente utilizados em processos industriais para a produção de corantes, como as anilinas, e para a fabricação de explosivos; possuem grande aplicação na indústria farmacêutica. A fluoxetina é uma amina empregada como antidepressivo. Comumente, encontramos em livros tradicionais de química orgânica (SOLOMONS; FRYHLE, 2011; FELTRE, 2004) uma definição para uma amina, sendo aquela que diz que: “uma amina é um composto derivado da amônia (NH3), onde um, dois ou três átomos de hidrogênio foram substituídos por grupos alquila (alifático) ou arila (aromático)”. Por este motivo, as aminas podem ser classificadas como primárias, secundárias ou terciárias. Lembre-se que estes grupos substituintes podem ser todos iguais ou diferentes. Então, utilizaremos R1, R2 e R3 nas estruturas representativas. R1 R1 R3 R2 R2 R NH2 NH N Amina primária Amina secundária Amina terciária Figura 319 158 Unidade II 6.1.1.1 Nomenclatura das aminas Aminas primárias Como uma amina primária possui um único substituinte, utilize o nome deste substituinte como prefixo do nome do composto. Lembre-se de remover a letra -o do nome desta cadeia. Acrescente como sufixo a palavra amina ao nome do composto. Pode-se esquematizar esta primeira regra assim: Nome da cadeia - “o” + amina A seguir, observe como ficariam os nomes de algumas aminas primárias. NH2H3C Metanamina Etanamina Propan-1-amina Propan-2-amina NH2 NH2NH2 Figura 320 No terceiro e quarto compostos anteriormente apresentados, podemos notar a importância da utilização de números localizadores para indicar qual átomo de carbono da cadeia está ligado ao grupo amino. Verificamos, neste caso, que os dois compostos possuem um único radical substituinte e neles a cadeia radical possui três átomos de carbono. Porém, como podemos observar na ilustração, no terceiro composto, o grupo amino está ligado ao carbono C1, enquanto no quarto composto, esta ligação se dá com o C2, o que faz com que tenhamos diferentes compostos, com diferentes nomes. Nos compostos a seguir, verificamos algo parecido com as aminas ligadas aos radicais com quatro carbonos (butil). Neste momento, lembramos que os nomes apresentados estão seguindo as regras da Iupac, mas poderiam sofrer pequenas variações para facilitar a pronúncia dos nomes dos compostos em português. Por exemplo, o composto butan-2-amina poderia ser chamado de 2-butanamina, e o butan-1-amina seria chamado de 1-butanamina. Também são apresentados a seguir os exemplos para duas estruturas que contêm cadeias cíclicas alifáticas. Observe que no último composto apresentado existem dois grupos amino ligados ao anel. Neste caso, não se retira a letra -o da palavra cicloexano e utiliza-se como sufixo o termo diamina pelo fato de existirem dois destes grupos funcionais na estrutura. NH2 NH2 NH2 NH2 2 2 2 3 3 3 4 4 1 11 H2N Butan-2-amina Butan-1-amina Ciclopentanamina Cicloexano-1,3-diamina Figura 321 159 QUÍMICA ORGÂNICA Observação Observe que no último composto apresentado existem dois grupos amino ligados ao anel. Neste caso, não se retira a letra -o da palavra cicloexano e utiliza-se como sufixo o termo diamina pelo fatode existirem dois destes grupos funcionais na estrutura. Aminas secundárias Para este caso, vamos apresentar duas formas bastante aceitas. A primeira delas apresenta nomes propostos pela Iupac, que são escritos utilizando como prefixo o nome do radical acrescido do nome do alcano correspondente e finalizados com a palavra amina. Na representação a seguir, estes nomes estão escritos em preto. O segundo método nos permite obter nomes mais comuns para aminas secundárias simétricas, sendo elas alifáticas ou aromáticas. Deve-se acrescentar o prefixo di- ao nome do alcano correspondente. Esta segunda maneira está representada com nomes em azul. Como se tratam de aminas secundárias, a letra N- que aparece no início do nome do composto nos indicará que o segundo grupo substituinte estará ligado ao mesmo nitrogênio do primeiro grupo. NH NH NH N-cicloexilcicloexanamina (Dicicloexianamina) N-cetiletanamina (Dietanamina) N-fenilanamina (Difeliamina) Figura 322 Devemos lembrar que estas mesmas regras podem ser aplicadas para as aminas simétricas terciárias. Caso os radicais substituintes não sejam simétricos, a nomenclatura Iupac sugere que seja escrito como prefixo no nome o composto radical de menor peso molecular e finaliza-se com o nome do alcano com maior número de átomos de carbono e a palavra amina. Nesta sugestão de nomenclatura, a letra N- no início do nome também indica que o segundo radical está ligado ao mesmo nitrogênio do primeiro. NH NH NH N-metiletanamina N-etilpropan-1-amina N-etilcicloexanamina Figura 323 160 Unidade II Aminas terciárias As regras observadas para este caso são similares às regras das aminas secundárias. A seguir são apresentados alguns exemplos. N N N,N-dietiletanamina N,N-dimetilciclopentanamina Figura 324 Podemos observar que em ambos os casos as letras N,N- estão indicando que o segundo e o terceiro radicais substituintes estão ligados ao nitrogênio do primeiro radical. Arilaminas ou aminas aromáticas De forma geral, as aminas de aromáticos possuem nomes comerciais bastante comuns e específicos. A palavra anilina se refere a uma amina em que o grupo amino (-NH2) está diretamente ligado a um anel benzênico. Os compostos derivados desta estrutura também levam o nome de anilinas. A seguir, pode-se verificar a estrutura da anilina (esquerda) e dos isômeros da toluidina. O nome toluidina é comercial e não sugerido pela Iupac. Nesse caso, a sugestão é a utilização dos nomes metilanilinas, devido ao substituinte metil (-CH3), acrescentado à estrutura da anilina. Na figura a seguir, nomes comerciais estão sugeridos em azul e nomes Iupac em preto. Outras aminas aromáticas também apresentam nomes comerciais específicos, mas não serão abordados nesta etapa. NH2NH2 CH3 NH2NH2 CH3 CH3 4-metilanilina (p-toluidina) 3-metilanilina (m-toluidina) 2-metilanilina (o-toluidina) Anilina (benzenamina) Figura 325 – Estruturas da anilina e variações da metilanilina 161 QUÍMICA ORGÂNICA Exemplo de aplicação Indique o nome das aminas a seguir de acordo com a nomenclatura Iupac ou escreva o nome das estruturas apresentadas. a) NH2 Figura 326 Resolução: Numerando a cadeia carbônica a partir da extremidade mais próxima ao grupo amino, é possível contar cinco átomos de carbono (pentano). Dessa maneira, o grupo funcional da amina está ligado ao C2. Subtraia a letra -o da palavra pentano e utilize o número localizador 2, finalizando o nome do composto com a palavra amina. Teremos então a seguinte amina primária: NH2 Pentan-2-amina 3 4 5 2 1 Figura 327 b) NH2 Figura 328 Resolução: Numerando esta cadeia carbônica, também encontramos cinco átomos de carbono, mas neste composto notamos que o grupo funcional amina está ligado ao C3. Utilizamos a mesma regra de nomenclatura do item (a) e teremos então a seguinte amina primária: 2 31 5 4 NH2 Pentan-3-amina Figura 329 162 Unidade II c) N-metilpropan-1-amina Resolução: Neste exemplo, teremos uma amina secundária e a letra N- no início do nome do composto nos mostra que o grupo radical metil e a cadeia do propano estão ambos ligados ao mesmo nitrogênio, sendo que o grupo propano está ligado pelo C1, como indicado pelo número localizador. Assim, podemos desenhar a estrutura escrevendo um átomo de nitrogênio ligado ao metil, ao propano e a um átomo de hidrogênio, pois trata-se de uma amina secundária. 2 13 CH3 NH N-metilpropan-1-amina Figura 330 6.1.2 Amidas As amidas também são compostos orgânicos nitrogenados e são consideradas derivadas da amônia (NH3). Porém, um ou mais átomos de hidrogênio foram substituídos por grupos acilas que ao se ligarem ao nitrogênio formaram ligações simples diretamente com um átomo de carbono que possui uma dupla ligação com oxigênio, como mostrado na representação geral a seguir. C O R NH2 Figura 331 Não é comum encontrar (embora existam) amidas com uma segunda ou terceira substituição, ou seja, amidas secundárias e terciárias. No entanto, existem amidas cíclicas que acabam por fazer uma segunda substituição no mesmo átomo de nitrogênio, esta classe é chamada de imidas. A seguir, são apresentados alguns exemplos a título de curiosidade, e os nomes não são os sugeridos pela nomenclatura Iupac. O OO O O O NH Succinimida Maleimida Ftalimida H N H N Figura 332 163 QUÍMICA ORGÂNICA 6.1.2.1 Nomenclatura de amidas Para nomear as amidas que não possuem substituintes ligados ao nitrogênio, as regras de nomenclatura são similares àquelas para os ácidos. Neste caso, deve-se retirar do início do nome do composto a palavra ácido, bem como a terminação do nome sistemático do composto, o sufixo -oico, e substituí-lo pela terminação -amida. Na representação seguinte, são apresentados, entre parênteses, os nomes triviais de algumas amidas, além daqueles compostos pelas regras Iupac. As amidas escolhidas para este exemplo possuem estruturas similares aos ácidos carboxílicos apresentados anteriormente. NH2 NH2 H3C NH2 O O O C H Metanamida (formamide) Etanamida (acetamida) Porpanamida C Figura 333 2 2 3 3 4 4 5 1 1 O O NH2 NH2 CI CI 3,4-dicloropentanamida 2,3-dimetilbut-2-enamida Figura 334 As amidas que sofreram a substituição dos hidrogênios ligados ao nitrogênio por grupos alquila ou arila são chamadas amidas substituídas, e o nome dos substituintes serão precedidos pelas letras N- e N,N- se forem mono ou dissubstituídos. São apresentados dois exemplos Iupac, e as respectivas formas triviais entre parênteses. O O C C NH NH3C H3C H3C N-etiletanamida (N-etilacetamida) N, N-dietilaetanamida (N,N-detilacetamida) Figura 335 164 Unidade II Exemplos de aplicação Indique o nome das amidas a seguir de acordo com a nomenclatura Iupac ou escreva o nome das estruturas apresentadas. a) O NH2 Figura 336 Resolução: Numerando a cadeia carbônica a partir do carbono com a dupla ligação com oxigênio (o mesmo carbono ligado ao nitrogênio), observaremos que a cadeia possui quatro átomos de carbono e o ácido similar receberia o nome de ácido butanoico. Retirando a palavra ácido e substituindo o sufixo -oico pela terminação amida, teremos: 14 2 3 O NH2 butanamida Figura 337 b) NH O Figura 338 Resolução: Note que neste composto o nitrogênio faz uma ligação com o carbono unido por dupla ligação ao oxigênio, formando uma amida. Observamos que este mesmo átomo de nitrogênio possui uma substituição, na qual um átomo de hidrogênio foi substituído por um grupo substituinte metila. Esta alteração é representada no nome do composto pela letra N-, seguida pelo nome do grupo metil. Para finalizar o nome do composto, verificamos que a contagem da cadeia principal nos mostra três carbonos; assim, o nome do composto finalizará com o termo propanamida. O nome para o composto será: 3 1 2 O CH3 NH N-metilpropanamida Figura 339 165 QUÍMICA ORGÂNICA c) N-etil-N-metilpropanamida Resolução: N-etil indica a presença de um grupo etila ligado ao átomo de nitrogênio e N-metil
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