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Universidade Federal do Piauí Centro de Educação Aberta e a Distância qUímiCA orgâniCA Prof. José Arimatéia Dantas Lopes Prof. Sidney Gonçalo de Lima Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db ministério da Educação - mEC Universidade Aberta do Brasil - UAB Universidade Federal do Piauí - UFPi Centro de Educação Aberta e a Distância - CEAD Prof. José Arimatéia Dantas Lopes Prof. Sidney Gonçalo de Lima química orgânica Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db Cleidinalva Maria Barbosa Oliveira Ubirajara Santana Assunção Zilda Vieira Chaves Elis Rejane Silva Oliveira Roberto Denes Quaresma Rêgo Samuel Falcão Silva José Luís Silva Aurenice Pinheiro Tavares Carmem Lúcia Portela Santos PRESIDENTE DA REPÚBLICA MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO GOVERNADOR DO ESTADO REITOR DA UNIVERSAIDADE FEDERAL DO PIAUÍ SECRETÁRIO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA DO MEC PRESIDENTE DA CAPES COORDENADOR GERAL DA UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL DIRETOR DO CENTRO DE EDUCAÇÃO ABERTA E A DISTÂNCIA DA UFPI Dilma Vana Rousseff Linhares Fernando Haddad Wilson Nunes Martins Luiz de Sousa Santos Júnior Carlos Eduardo Bielshowsky Jorge Almeida Guimarães João Carlos Teatine de S. Clímaco Gildásio Guedes Fernandes CONSELHO EDITORIAL DA EDUFPI Prof. Dr. Ricardo Alaggio Ribeiro ( Presidente ) Des. Tomaz Gomes Campelo Prof. Dr. José Renato de Araújo Sousa Profª. Drª. Teresinha de Jesus Mesquita Queiroz Profª. Francisca Maria Soares Mendes Profª. Iracildes Maria de Moura Fé Lima Prof. Dr. João Renór Ferreira de Carvalho COORDENAÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO TÉCNICOS EM ASSUNTOS EDUCACIONAIS EDIÇÃO PROJETO GRÁFICO DIAGRAMAÇÃO REVISÃO REVISÃO GRÁFICA © 2011. Universidade Federal do Piauí - UFPI. Todos os direitos reservados. A responsabilidade pelo conteúdo e imagens desta obra é dos autores. O conteúdo desta obra foi licenciado temporária e gratuitamente para utilização no âmbito do Sistema Universidade Aberta do Brasil, através da UFPI. O leitor se compromete a utilizar o conteúdo desta obra para aprendizado pessoal, sendo que a reprodução e distribuição ficarão limitadas ao âmbito interno dos cursos. A citação desta obra em trabalhos acadêmicos e/ou profissionais poderá ser feita com indicação da fonte. A cópia deste obra sem autorização expressa ou com intuito de lucro constitui crime contra a propriedade intelectual, com sansões previstas no Código Penal. É proibida a venda ou distribuição deste material. EQUIPE DE DESENVOLVIMENTO COORDENADORES DE CURSOS ADMINISTRAÇÃO CIÊNCIAS BIOLÓGICAS FILOSOFIA FÍSICA MATEMÁTICA PEDAGOGIA QUÍMICA SISTEMAS DE INFORMAÇÃO Francisco Pereira da Silva Filho Maria da Conceição Prado de Oliveira Zoraida Maria Lopes Feitosa Miguel Arcanjo Costa João Benício de Melo Neto Vera Lúcia Costa Oliveira Rosa Lima Gomes do Nascimento Pereira da Silva Luiz Cláudio Demes da Mata Sousa Lopes, José Arimatéia Dantas, Lima, Sidney Gonçalo de Química Orgânica / José Arimatéia Dantas, Sidney Gonçalo de Lima - Teresina: EDUFPI/UAPI, 2011 210 p. ISBN: 978-85-7463-326-8 1- Química Orgânica 2 - CPU. 3 - Motivação Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db Este texto é destinado aos estudantes aprendizes que participam do Programa de Educação a Distância da Universidade Aberta do Piauí (UAPI), vinculada ao consórcio formado pela Universidade Federal do Piauí (UFPI), Universidade Estadual do Piauí (UESPI), Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí (IFPI-PI), com apoio do Governo do Estado do Piauí, através da Secretaria de Educação e Cultura. A Química Orgânica é uma ciência em pleno desenvolvimento, e suas aplicações podem ser percebidas em muitos eventos comuns que se passam conosco e ao nosso redor. O Curso que ora apresentamos está distribuído em dez unidades, sem a preocupação de aprofundá-las demais ou de esgotá- las completamente. Todos os capítulos se iniciam por um breve resumo, também apresentado a seguir, que visa contextualizar o aluno com os objetivos da unidade. Gostaríamos de enfatizar que esta não é, de fato, uma obra completa; deste modo, buscar informações em outras fontes torna-se essencial para um melhor aprendizado. Unidade 1 - Esta unidade inicia-se pela origem e definição da Química Orgânica; em seguida, apresentamos algumas ideias gerais da estrutura atômica e a natureza das ligações químicas. É provável que grande parte do conteúdo tratado neste capítulo seja familiar ao leitor, ainda que em outro contexto. Nossa intenção é recapitular alguns conceitos e aprofundar outros importantes para a compreensão da estrutura e reatividade das moléculas orgânicas. Unidade 2 - Esta unidade dá uma visão geral da nomenclatura dos compostos orgânicos, abordando os nomes triviais, semitriviais e, com maior ênfase, os nomes sistemáticos, elaborados de acordo com os procedimentos descritos nas seções A, B, C, D, E, F, e H, da edição de 1979 do Nomenclature Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db of Organic Chemistry, e modificado pelas recomendações de 1993, da Internaitonal Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Unidade 3 - Esta unidade destaca a importância da Estereoquímica Orgânica e discute os termos fundamentais a ela relacionados, além de aplicar os conhecimentos dessa área da Química Orgânica para o melhor entendimento da estrutura dos compostos orgânicos. Unidade 4 - Nesta unidade, estudaremos os hidrocarbonetos, que são as matérias-primas básicas para muitos dos produtos químicos que o homem usufrui em seu dia-a-dia. Apesar de sua composição elementar simples, esses compostos mostram uma extraordinária diversificação em estruturas e comportamento. Trataremos sobre as informações gerais e propriedades físico-químicas dos hidrocarbonetos, tais como: ponto de fusão e ebulição, dos métodos de obtenção, e das principais reações químicas dos alcanos e cicloalcanos, alcenos e compostos aromáticos. Unidade 5 - Nesta unidade, estudaremos as principais características dos compostos orgânicos halogenados, origem, e suas principais reações químicas. Veremos que as reações de substituição e eliminação, a que esses compostos estão sujeitos, estão entre as reações mais versáteis e utilizadas em Química Orgânica. Veremos como essas reações ocorrem, quais são suas características e como elas podem ser empregadas na síntese de novas moléculas. Unidade 6 - Nesta unidade, e nas duas seguintes, trataremos da química de diversos grupos funcionais contendo oxigênio. A interação entre estas importantes classes de compostos (álcoois, éteres, fenóis, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos e seus derivados) é fundamental para a Química Orgânica e para a Bioquímica. Nesta unidade, iniciaremos o estudo destes compostos, tratando dos álcoois, fenóis e éteres que se caracterizam por apresentarem em suas estruturas um átomo oxigênio ligado a dois outros átomos, sendo um deles um carbono e o outro um novo átomo de carbono ou de hidrogênio. Unidade 7 - Nesta unidade, estudaremos duas classes de compostos carbonilados: os aldeídos e as cetonas. Estes compostos são muito abundantes na natureza, contribuem para o aroma e o sabor de muitos alimentos e participam das funções biológicas de muitas enzimas. Na indústria eles são utilizados como reagentes e solventes em síntese. De maneira geral, você aprendeu a nomear esses compostos em capítulos anteriores. Nesta unidade, estudaremos suas propriedades físicas, métodos de produção, origem e suas Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db principaisreações químicas. Unidade 8 - Esta unidade tratará de um segundo grupo de compostos carbonílicos: os ácidos carboxílicos e seus derivados. Esses compostos têm larga aplicação na indústria, no laboratório, e estão muito presentes em nosso dia-a-dia, conforme será visto no decorrer desta unidade, que abordará as propriedades físicas, os métodos de obtenção e as reações características destes compostos. Unidade 9 - Esta unidade dá continuidade ao estudo dos compostos orgânicos nitrogenados, iniciado no final da unidade anterior, com as amidas. Nesta unidade, estudaremos as aminas, principais bases orgânicas, e as nitrilas e isonitrilas. Unidade 10 - Nesta unidade, você terá a oportunidade de conhecer alguns experimentos, que envolvem preparação e caracterização de compostos orgânicos. Essas práticas devem ser realizadas sob a orientação do professor ou monitor da disciplina. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 9 UniDADE 1 Estrutura atômica e ligações Estrutura atômica e ligações................................................................15 Química Orgânica: uma perspectiva histórica...............................15 Grupamentos funcionais e reatividade das moléculas orgânicas..........................................................................................17 Estruturas e fórmulas das moléculas orgânicas...................................18 Estrutura atômica................................................................................19 Estrutura atômica moderna: orbitais...................................................20 Desenvolvimento da Teoria de Ligação Química.................................21 A natureza da ligação química.............................................................22 Polaridade das ligações........................................................................23 Teoria de Ligação de Valência..............................................................24 Hibridização de orbital, comprimento de ligação, força de ligação e ângulos de ligação...............................................................................26 Geometria molecular ................................................................ .........30 Teoria de Orbitais Moleculares ................................................. ..........31 UniDADE 2 Nomeclatura de compostos orgânicos Nomeclatura de compostos orgânicos ......................................... ......35 Introdução .................................................................................... ......35 Nomes não-sistemáticos ............................................................. .......35 Nomes sistemáticos .................................................................. ..........36 15 33 Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0110 UniDADE 3 Estereoquímica de compostos orgânicas Estereoquímica de moléculas orgânicas..............................................51 Introdução...........................................................................................51 Esteroisômeros.....................................................................................52 Atividade óptica...................................................................................53 Projeções de moléculas no plano........................................................53 Nomenclatura de estereoisômeros.....................................................56 Moléculas cuja quiralidade se deve à presença de um eixo................60 Exercícios propostos.............................................................................62 UniDADE 4 Hidrocarbonetos Hidrocarbonetos ........................................................................... ......67 Petróleo, principal fonte de Hidrocarbonetos ............................. .......67 Hidrocarbonetos insaturados ..................................................... ........71 Alcinos. ..................................................................................... ..........74 Hidrocarbonetos Aromáticos (HA) ............................................... ......75 Reações químicas ......................................................................... ......79 Classificação das reações orgânicas ............................................ .......82 Reações dos alcanos. ................................................................ ..........83 Reações dos alcenos ..................................................................... ......85 Reações dos hidrocarbonetos aromáticos .................................... ......88 Síntese de benzenos trissubstituído ............................................ .......92 UniDADE 5 Haletos orgânicos Haletos orgânicos. ....................................................................... .......97 Ocorrência e formação ................................................................. ......97 Propriedades físicas ..................................................................... .......98 Reações químicas ..................................................................... ..........98 Reações de eliminação..... ...................................................... ..........103 49 65 95 Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 11 UniDADE 6 Álccois, fenóis e éteres Álcoois, fenóis e éteres......................................................................111 Introdução.........................................................................................111 Álcoois..............................................................................................111 Éteres.................................................................................................118 Fenóis.................................................................................................120 UniDADE 7 Aldeídos e cetonas Substâncias carboniladas .......................................................... .......129 Aldeídos e cetonas .................................................................... .......130 Propriedades físicas .................................................................. ........130 Preparação de aldeídos e cetonas. ........................................ ...........132 Reatividade dos aldeídos e cetonas .......................................... .......133 Reações químicas ...................................................................... .......135 Adição nucleofílica a aldeídos e cetonas - insaturados. ............ .......137 Reações de substituição alfa a carbonila.. .............................. ..........139 Reações de condensação carbonílica. ........................................ ......142 UniDADE 8 Ácidos carboxílicos e derivados Ácidos carboxílicos e derivados. ................................................. ......149 Ésteres ........................................................................................ ......158 Anidridos e haletos de ácidos .................................................... .......161 Amidas .................................................................................... ..........165 UniDADE 9 Aminas e nitrilas Aminas e nitrilas ......................................................................... ......173 Aminas ........................................................................................ ......174 Nitrilas e isonitrilas ..................................................................... ......179 109 127 147 171 Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0112 UniDADE 10 Preparação e caracterização de compostos orgânicos Preparação e caracterização de compostos orgânicos......................185 Destilação..........................................................................................185Extração da cafeína............................................................................188 Cromatografia....................................................................................191 Preparação de sabão..........................................................................195 Propriedades do sabão......................................................................197 Biodiesel de óleos vegetais................................................................198 Preparação do ciclo-hexeno...............................................................201 Síntese do ácido acetil salicílico (ASPIRINA)......................................202 183 Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 13 UniDADE 01 Estrutura Atômica e ligações Esta unidade inicia-se pela origem e definição da Química Orgânica e em segui- da apresentamos algumas ideias gerais da estrutura atômica e a natureza das ligações químicas. É provável que grande parte do conteúdo tratado neste capítulo seja familiar ao leitor, ainda que em outro contexto. Nossa intenção é recapitular alguns concei- tos e aprofundar outros importantes para compreensão da estrutura e reatividade das moléculas orgânicas. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0114 Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 15 EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs Química Orgânica: uma perspectiva histórica A química orgânica é um ramo da química relativamente jovem; na metade do século XVIII, começou a evoluir da arte dos alquimistas para uma ciência moderna, nascida do estudo das substâncias que constituem a matéria viva e dos compostos resultantes de suas transformações. Torbern Bergman (1770) foi o primeiro a expressar a diferença entre substâncias orgânicas e inorgânicas. Inicialmente pensava-se que a síntese de substâncias orgânicas só era possível com a interferência de organismos vivos (animais, vegetais, bactérias etc.), utilizando uma “força vital”, proposta por Berzelius. No entanto, quando se demonstrou que estes compostos podiam ser sintetizados em laboratório, com os experimentos de Friedrich Wöhler (1828), que sintetizou Uréia (composto orgânico), apenas aquecendo o cianato de amônio (CH4CNO), a designação “orgânico” perdeu o sentido. Outros cientistas, tais como Michel Chevreul and Pierre Eugene Marcellin Berthelot, deram contribuições importantes não só para desmascarar de vez a teoria da força vital como também para o avanço da ciência. Nos dias atuais, prefere-se a designação de compostos de carbono a compostos orgânicos, visto que este elemento é comum a todos eles; sendo, em parte, responsável por suas propriedades. Por um ou outro caminho, quase todos os elementos da Tabela Periódica podem ser incorporados na estrutura de uma molécula orgânica. Assim, nem todos os compostos que possuem o elemento Carbono são incluídos no grupo dos compostos orgânicos e Jöns Jacob Berzelius, (Väfversunda, Östergötland, 20/08/1779 — Esto- colmo, 07/0/1848) Foi um químico sueco. Estudou Medicina na Universidade de Uppsala e foi professor de Medicina, Farmácia e Botânica no Insti- tuto Karolinska de Estocol- mo. Em um período de dez anos, estudou em torno de dois mil compostos químicos. Na segunda metade do séc. XVIII, a grande revolução que transformou a Química e as ciências exatas ainda estava no seu alvorecer. As concepções de Lavoisier eram as pioneiras desta grande metamorfose. Fonte: Disponível em: <http:// pt.wikipedia.org>. ureia (orgânico)cianato de amônio (sal inorgânico) Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0116 nem todos são derivados de organismos vivos. Químicos modernos são extremamente habilidosos na síntese de novos compostos orgânicos no laboratório. Remédios, corantes, polímeros, aditivos alimentares, pesticidas e uma variedade de substâncias podem ser preparados em laboratório. Por que o Carbono é especial? O que o separa dos outros elementos? Friedrich August Kekulé foi um dos responsáveis por desvendar muitas das propriedades desse elemento. As respostas a essas perguntas são resultado de sua posição na Tabela Periódica. A facilidade com que os átomos de Carbono (6C 1s2 2s2 2p2, 4 elétrons de valência) formam ligações covalentes (simples, duplas ou triplas) com outros átomos de Carbono ou com átomos de outros elementos explica o número e a variedade de compostos orgânicos. O Carbono é capaz de formar uma diversidade imensa de compostos, desde o mais simples até o mais surpreendentemente complexo – do metano (CH4) com um único átomo de Carbono ao taxol ou ainda o DNA, que pode conter alguns bilhões de átomos. Problema 1 - A estrutura molecular do taxol e sua importância é citada na Tabela 1 - Principais características do átomo de carbono, base fundamental da química orgânica (postulados de Kekulé). Friedrich Wöhler (31/071800, Escher- sheim/Frankfurt am Main – 23/09/1882, Göttingen) Foi um pedagogo e químico alemão. Precursor no campo da Química Orgânica, Wöhler é famoso por sua síntese do composto orgânico ureia. Também levou a cabo investigações importantes sobre o ácido úrico e o azeite de amêndoas amargas em colaboração com o químico alemão Justus von Liebig. Fonte: Disponível em: <http:// pt.wikipedia.org>. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 17 caixa de texto ao lado. O que é e quais são os grupo funcionais presentes na molécula de taxol? Problema 2 - Cocaina e ecstasy são drogas que provocam dependência e aumentam o risco de câncer, podendo também provocar mutações genéticas. No que diz respeito às mutações genéticas, essas drogas, no ápice de seus efeitos toxicológicos, atacam o DNA, alterando material hereditário, o que é muito preocupante para os efeitos que podem causar em gerações futuras. Desenhe suas estruturas químicas e demonstre suas diferenças em termos de grupos funcionais. Grupamentos funcionais e reatividade das moléculas orgânicas A Química Orgânica é uma ciência que diz respeito à vida de todos nós. Seu estudo é um empreendimento fascinante. Milhares de novos compostos orgânicos são descobertos em todo o mundo, seja ele derivado de organismos vivos, vegetais, animais ou produto de síntese, por isso é de fundamental importância sua classificação e/ou seu agrupamento. Tal divisão é feita de acordo com a presença de determinados grupos de átomos em suas moléculas (os grupos funcionais); grupos esses que são responsáveis pelo comportamento químico dessas famílias de compostos orgânicos. Na verdade, essa ciência é unificada, os mesmos princípios que explicam os compostos inorgânicos mais simples também explicam os compostos orgânicos mais complexos. A Química Orgânica, por sua vez, divide-se em uma grande variedade de ramos especializados: • Análise orgânica: detecção de produtos naturais, presentes por vezes em quantidades ínfimas, como, por exemplo, o taxol. • Síntese orgânica: imitar a natureza e produzir quantidades úteis de produtos naturais raros, assim como de compostos de interesse puramente acadêmico. • Mecanismos de reações: permite descobrir novas reações, novas sínteses e degradações, relacionar a estrutura com a reatividade dos compostos orgânicos. Estruturas e fórmulas das moléculas orgânicas O taxol é uma importante droga utilizada, principal- mente, na luta contra o cancro. Ele exerce esta pre- ciosa atividade anticancerí- gena através da inibição da mitose. Desde 1989, o taxol tem sido alvo de intensas pesquisas. Verificaram-se aplicações deste composto no tratamento de várias doenças, desde diversos ti- pos de cancro, incluindo can- cro do ovário, peito, cólon, gástrico e dos pulmões, à doença de Alzheimere artrites. É também utilizado como agente antiviral e como auxílio em procedi- mentos necessários ao lidar com doenças coronárias. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0118 A boa compreensão da natureza das ligações permite aprender como os químicos determinam a identidade das moléculas orgânicas e estabelecem suas estruturas. Lembre-se, para estabelecer a identidade de uma molécula, é preciso determinar sua estrutura. Os químicos orgânicos dispõem de diversas técnicas de determinação de estrutura molecular. A análise elementar dá a fórmula empírica, uma síntese dos elementos presentes e das razões entre eles. Outras técnicas são necessárias para determinar a fórmula molecular (FM) e distinguir as diversas estruturas possíveis. Assim, por exemplo, a fórmula C2H6O corresponde a duas substâncias conhecidas, o etanol e metóxi- metano. Podemos distingui-las com base em suas propriedades físicas, ponto de fusão, ponto de ebulição, índice de refração etc. Moléculas como esta com a mesma FM, porém com sequência dos átomos ligados (conectividade) diferentes, são chamados de isômeros estruturais ou de constituição. Quando um composto natural ou produzido em uma reação é isolado, o químico pode tentar identificá-lo por comparação com as propriedades de substâncias conhecidas (presentes na literatura), mas se o produto é novo a elucidação exige outros métodos mais sofisticados, muitos dos quais espectrométricos. Os métodos mais completos de determinação de estruturas são a difração de raios X de nanocristais e a difração de elétrons e espectrometria de microondas de gases. Estas técnicas permitem a determinação da posição exata de átomos, como se houvesse sido feita uma grande ampliação: a visualização das moléculas orgânicas em três dimensões, a estrutura e sua reatividade. Vários tipos de desenhos são usados para representar as estruturas moleculares: estrutura de Kekulé, Condensadas e Fórmulas de linha de ligação. Problema 3 - Escreva todos os isômeros estruturais de fórmula C4H10. Probema 4 - Desenhe a estrutura condensada de uma substância que contém apenas carbono e hidrogênio que tenha: a) três carbonos hibridizados em sp3; b) um carbono hibridizado em sp3 e dois carbonos hibridizados em sp2; c) dois carbonos hibridizados em sp3 e dois carbonos hibridizados em sp. Representação em três dimensões do etanol (I) e metóxi-metano (II) com auxílio de modelos moleculares do tipo bola e palito, construído no programa Avogadro: http:// avogadro.sourceforge.net. As distâncias interatômicas estão em angstroms e nos ângulos de ligação em graus. A estru- tura III é do metóxi-metano representado com auxílio de modelos de bolas que con- sidera o tamanho efetivo das nuvens de elétrons ao redor do núcleo. Fonte: Disponível em: <http://avogadro.sourceforge.net>. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 19 Estrutura atômica Todas as substâncias são feitas de moléculas, que é feita de átomos, os átomos, este por sua vez, são feitos pelo núcleo e a eletrosfera. Isso era o que se sabia até o início do século XX. De lá para cá, descobriu-se que o núcleo também tem partes internas. Ele é feito de Prótons e Nêutrons que ficam presos um ao outro pela força nuclear. Na década de 1960, os instrumentos da Física ficaram mais potentes e mostraram que tanto os prótons como os nêutrons são formados por outras subpartículas: os quarks; cada próton ou nêutron é formado por três quarks. Eles também se ligam por força nuclear. No universo atual, só os quarks para cima e para baixo são usados para construir substâncias. No inicio do universo, havia outros tipos de quarks, eles hoje estão extintos, mas podem ser recriados a partir de energia pura nos laboratórios. A energia que mantém todas estas partículas e subpartículas unidas é muito grande, e pode ser aproveitada, tal como ocorre em processos de obtenção de energia nuclear (usinas e bombas nucleares). Para construir alguns conceitos que ajudam a entender a química do dia-a-dia, o modelo de átomo descrito por Rutherford-Bohr é suficiente e o aluno já teve oportunidade de estudá-lo em Química Geral. Para maiores detalhes sobre estrutura atômica e configuração eletrônica (princípio de Aufbau, princípio de exclusão de Pauli e regra de Hund). A Figura 1 apresenta a distribuição eletrônica do estado fundamental para alguns elementos. Estrutura atômica moderna: orbitais Como os elétrons estão distribuídos em um átomo? Os cientistas que estudavam a estrutura do átomo no início do século XX descobriram Figura 1 - Confiração eletrônica do estado fundamental de alguns elementos. Aplicação da regra de Hund, Pincípio de exclusão de Pauli e Princípio de Aufbau. Rutherford-Bohr - Graduou-se em 1893 em Matemática e Ciências Físicas na Universidade da Nova Zelândia. Nova Zelândia, 30/08/1871 — Cambridge, 19/10/1937). Apesar de ser um físico, recebeu o Prémio Nobel da Química em 1908 por suas investigações sobre a desin- tegração dos elementos e a química das substâncias radioativas. No modelo planetário formulado por ele, o átomo é formado por um núcleo muito pequeno em relação ao átomo, com carga positiva, no qual se concentra praticamente toda a massa do átomo. Ao redor do núcleo localizam-se os elétrons neutralizando a carga positiva. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0120 algo muito interessante. As regras estabelecidas pelo físico inglês Isaac Newton, e que eram capazes de descrever o comportamento dos corpos macroscópicos, não funcionavam na escala atômica. A mecânica Newtoniana não pôde corretamente descrever o comportamento de prótons, nêutrons, elétrons ou átomos. Niels Bohr, Max Planck, Wolfgang Pauli, Louis de Broglie, Erwin Schrödinger, Werner Heisemberg e outros grandes cientistas daquela época começaram a desenvolver um novo conjunto de “leis” físicas que se aplicavam, muito bem, ao mundo microscópico dos átomos. Esta nova teoria foi chamada de Mecânica Quântica. O modelo do átomo de Bohr é apenas uma aproximação à descrição feita pela mecânica quântica, mas com a virtude de ser muito mais simples. De acordo com o modelo atual da mecânica quântica de um átomo, o comportamento de um elétron específico de um átomo pode ser descrito pela expressão matemática denominada equação de onda – o mesmo tipo de expressão usada para descrever o movimento das ondas em fluidos. A solução de uma equação de onda é denominada função de onda, ou orbital, e é descrita pela letra grega Ψ. Nese modelo, considera-se que os elétrons ocupam orbitais em torno do núcleo, e não órbitas fixas propostas por Bohr. Orbitais diferentes têm níveis de energia e formas diferentes. Por exemplo, orbitais s são esféricos, orbitais p têm a forma de halteres. Os sinais + e – referem-se a funções de onda, e não a cargas elétricas, têm relação com uma onda. Os lobos de sinais diferentes são separados por Um corpo grande como um planeta, por exemplo, é composto de átomos, cada qual consistindo de um núcleo rodeado por uma núvem de eletróns. O núcleo é feito de prótons e Nêutrons, cada qual consistindo de “quarks” virados para cima (up; “u”) e para baixo (down; “d”). Figura 2 - Representação dos orbitais 2s e 2p e sua hibridização. Se considerarmos a natureza ondulatórias das partículas em movimento teremos um modelo melhor. Um corpo de massa m que se move com velocidade v, está associado a comprimento de onda i. Um elétron em órbirta pode ser descrito por equações semelhantes à utilizadas na mecânica clássica para descrever as ondas. Essas ondas tem amplitude que assumem sinal positivo ou negativo. Os pontos em que ocorrem mudança de sinal são chamados de nodos. As ondas que interagem em fase reforçam umas às outras. Remova Marca d'águaWondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 21 um plano nodal perpendicular ao eixo principal do orbital. Problema 5 - Escreva a configuração eletrônica para o Carbono, Cloro e Ferro. Compare usando a configuração no estado fundamental e confira sua posição na Tabela periódica. Problema 6 - Discuta sobre os tipos de ligações envolvidas nos seguintes itens: a) NaI b) LiBr c) Cl2 d) KCl e) H2O f) CH 3CH2CH3 Desenvolvimento da Teoria de Ligação Química A maior parte da matéria existente, seja ela orgânica ou inorgânica, viva ou não, é composta por sais e moléculas simples ou complexas, nos quais os elementos se encontram conectados através de ligações químicas. Entender como se dá a formação de uma ligação química é, então, o primeiro passo para desvendar a magia e os encantos do universo químico que nos cerca. Com base nos conhecimentos que se acumulavam, o alemão Friedrich August Kekulé e o Escocês Archibald Scott Couper propuseram (1857) que o Carbono faz quatro ligações e pode unir-se com outros carbonos, formando cadeias (1858). Kekulé foi também o primeiro a sugerir a estrutura aceita atualmente para o benzeno. Os trabalhos do francês Louis Pasteur sobre a atividade óptica levaram o holandês Van Hoff e o francês Le Bel a tentar explicar a assimetria molecular, propondo uma geometria tetraédrica para o Carbono em 1874. Assim, estava sendo construído o alicerce sobre o qual toda a Química Orgânica pôde desenvolver-se. Acrescente-se que, nas primeiras décadas do século XX, houve melhor compreensão dos átomos e das ligações químicas, impulsionando-se no sentido de descobertas notáveis. Por exemplo, elucidação estrutural do DNA pelo geneticista americano James Watson e pelo físico inglês Francis Crick, em 1953, que lhes valeu o Prêmio Nobel em 1962. A natureza da ligação química Por que os átomos se ligam e como as ligações podem ser descritas eletronicamente? A primeira questão é fácil de responder: átomos se ligam uns aos outros porque os compostos resultantes apresentam menor energia que os átomos separados. A segunda questão é um pouco mais difícil, mas Todas as proteínas que compõe o nosso organ- ismo são constituídas por sequência de aminoácidos, ligados covalentemente. Estes compostos possuem grupos -OH e -NH capazes de formar uma forte rede de ligações intermoleculares. É isto que confere a estrutura terciária das proteínas, isto é, a sua forma característica de orientação espacial. Outro exemplo é o DNA de todos os humanos: sua forma de dupla-hélice é mantida graças às ligações hidrogênio entre os grupos dos -OH e -NH das bases nitrogenadas heterocíclicas que o compõe: GCAT. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0122 uma explicação convincente, embora genérica, foi dada por Kossel e Lewis no início do século XX. Essa teoria afirmava que os elétrons que participam de ligações estão na camada mais externa do átomo, os chamados elétrons de valência. Com base nessa ideia, a valência de um átomo passou a ser vista como a quantidade de elétrons que um átomo deveria receber, perder ou compartilhar para tornar sua última camada (camada de valência) igual a do gás nobre de número atômico mais próximo. Dependendo do caráter eletropositivo ou eletronegativo dos átomos envolvidos, três tipos de ligações químicas podem ser formadas: ligação iônica, covalente e metálica. 1) Ligação Iônica: ligação iônica ou eletrovalente é a atração eletrostática entre íons de cargas opostas em um retículo cristalino. Esses íons formam-se pela transferência de elétrons dos átomos de um elemento para os átomos de outro elemento. Para se formar uma ligação iônica, faz-se necessário que os átomos de um dos elementos tenham tendência a ceder elétrons e os átomos do outro elemento tenham tendência a receber elétrons. 2) Ligação Covalente normal: é formada quando um par de elétrons é compartilhado por dois átomos, sendo um elétron de cada átomo participante da ligação. Há, ainda, um caso especial de ligação covalente denominada ligação covalente dativa ou coordenada, na qual em um par de elétrons compartilhado por dois átomos, os dois elétrons são fornecidos apenas por um dos átomos participantes da ligação; forma-se quando um dos átomos já tem o seu octeto completo e o outro ainda não. 3) Por último temos a ligação metálica, objeto de estudo mais estudada na química inorgânica, é constituída pelos elétrons livres que ficam entre Figura 3 - Estruturas representativas de uma ligação covalente, iônica e metálica. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 23 os cátions dos metais. A ligação metálica explica a condutividade elétrica, a maleabilidade, a ductilidade e outras propriedades dos metais. Polaridade das ligações É importante lembrar que poucas ligações são totalmente iônicas, covalentes ou metálicas, existindo na maioria das vezes uma ligação intermediária entre estes três tipos de ligações, onde haverá características de duas delas ou até mesmo das três. Uma ligação covalente pode ser, ainda, do tipo polar, formada quando as eletronegatividades dos elementos ligados são diferentes; a do tipo apolar, que não é constituída de dipolo elétrico; e as eletronegatividades dos átomos ligados são similares. Os diversos tipos de ligações, das ligações covalentes às iônicas, são resultado da distribuição assimétrica dos elétrons. A polaridade da ligação surge das diferenças de eletronegatividade, a habilidade intrínseca que um átomo possui de atrair os elétrons compartilhados em uma ligação covalente. De maneira geral, as ligações entre átomos de eletronegatividade próximos, cujos valores diferem de duas unidades, a ligação é considerada covalente apolar, e quando essa diferença é acima de duas unidades são consideradas iônicas. A diferença de eletronegativadade entre os átomos provoca na molécula a formação de um dipolo μ ou momento de dipolo μ, ao qual é atribuído um vetor momento dipolar que, por convenção, a seta aponta para o elemento mais eletronegativo. Somando-se todos os vetores momento dipolar de uma molécula, obtém-se um vetor resultante μR, que irá definir se a molécula é ou não polar. A polaridade resultante pode ser medida por uma quantidade denominada momento de dipolo, μ = Q x r (magnitude da carga Q em ambas as extremidades do dipolo molecular multiplicada pela distância r entre as cargas). Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0124 Problema 7 - Escreva a estrutura de Lewis para a acetonitrila, C2H3N, que contém uma ligação tripla C-N. Quantos elétrons o átomo de nitrogênio possui em sua camada mais externa? Quantos são ligantes e quantos são não-ligantes? Problema 8 - Que tipo de ligação química predomina entre os átomos dos compostos KBr, NH3 e HCN? Justifique sua resposta. Problema 9 - Átomos de um elemento 20X e de outro elemento 7Y unem-se por ligações iônicas, originando o composto de fórmula. Problema 10 - O CO2 tem um momento de dipolo zero, embora a ligação C-O seja fortemente polarizada. Explique. Teoria de Ligação de Valência Como ocorre o compartilhamento de elétrons entre os átomos? Dois modelos foram desenvolvidos para descrever a formação da ligação covalente: Teoria de Ligação de Valência (TLV) e Teoria de Orbital Molecular (TOM). A primeira descrição quanto-mecânica de uma ligação covalente foi publicada por Heitler e London em 1927. Nesse trabalho, os dois cientistas estudaram teoricamente a formação da molécula de H2. Esse trabalho deu início ao ramo da ciência conhecido como Química Quântica. Baseados na descrição desses dois autores e na ideia de ligação química de Lewis, alguns anos mais tarde Pauling, Slater e outros desenvolveram a Teoria de Ligação de Valência (TLV) paraexplicar a formação de uma ligação covalente à luz da Mecânica Quântica. De acordo com a Teoria De Ligação De Valência (TLV), a ligação entre dois átomos é conseguida através da sobreposição de dois orbitais atômicos semipreenchidos. Sobreposição refere-se a uma porção destas orbitais atômicas que ocupam o mesmo espaço. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 25 Nesta zona de sobreposição, existe apenas um par de elétrons com spins desemparelhados, provocando a aproximação dos núcleos e diminuindo a energia potencial do sistema. Logo, os átomos tendem a posicionar-se de forma a que a sobreposição de orbitais seja máxima, reduzindo a energia do sistema a um mínimo, formando ligações mais fortes e estáveis. Em alguns casos, pode haver formação de uma ligação dita covalente dativa por sobreposição de um orbital totalmente preenchido de um átomo com um orbital vazio de outro. Exemplificando com a molécula de H2: Orbitais σ - Quando o emparelhamento se dá através de orbitais segundo o eixo de ligação dos átomos, as ligações denominam-se σ. As orbitais que geralmente formam ligações σ são s e pz. Orbitais π - Quando o emparelhamento se dá através de orbitais fora do eixo (interação entre orbitais paralelo, conforme figura abaixo) de ligação dos átomos, as ligações denominam-se π. Os orbitais que geralmente formam ligações π são px e py. Quão próximos estão os dois núcleos na molécula de H2? Se tiverem muito próximo eles irão se repelir porque ambos são carregados positivamente. Se estiverem distantes (I), não compartilharão os elétrons ligantes. Desse modo, existe uma distância ótima (74 pm, III) entre os núcleos que conduzem a um máximo de estabilidade, denominado comprimento de ligação (Figura 4). Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0126 Hibridização Hibridização sp3 explica a forma tetraédrica dos compostos de carbono A ligação na molécula de hidrogênio é obtida diretamente, porém a situação é mais complicada para as moléculas orgânicas com átomos de carbono tetravalentes. Como explicar o fato de as quatro ligações no metano serem idênticas e orientadas especialmente em relação aos vértices de um tetraedro regular? Uma proposta foi dada em 1931 por Linus Pauling, que mostrou matematicamente como um orbital s e três orbitais p podem se combinar, ou hibridizar, para formar quatro orbitais atômicos equivalentes, com orientação tetrédrica. A hibridação sp3 é facilmente explicada pelo carbono. Para o carbono tetraédrico (como no metano, CH4), deve haver quatro ligações simples. O problema é que a distribuição eletrônica do carbono no estado fundamental é 1s2 2s2 2px1 2py1. Dessa forma, o carbono deveria realizar apenas duas ligações, pois há apenas dois orbitais semipreenchidos. Entretanto, o átomo de carbono no metileno (CH2) é extremamente reativo, não estando equilibrado quimicamente. O primeiro passo para se entender o processo de hibridação é excitar o átomo de carbono em questão. Então, o carbono equilibra os quatro orbitais, originando orbitais de energia intermediária entre atraçãoE ne rg ia Distância internuclear(r) repulsão não há atração 435 kilojoules mol-1mais estável Figura 4 - Gráfico de energia versus distâncias internuclear para dois átomos de hidrogênio. A distân- cia entre os núcleos no ponto de energia mínima é o comprimento da ligação. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 27 2s e 2p, dando origem ao orbital sp3, assim chamado por ser o resultado da fusão de um orbital s com três orbitais p (Figura 6). Qualquer átomo de hidrogênio do metano pode ser substituído por metila (CH3) ou outros grupos para formar novas combinações. Em todas essas novas moléculas o átomo de carbono leva a arranjos aproximadamente tetraédricos. É a possibilidade que o carbono oferece de formar cadeias de átomos com vários substituintes que leva a extraordinária diversidade da Química Orgânica. Os orbitais híbridos sp2 dão origem a estruturas trigonais Eteno (Etileno) é o hidrocarboneto mais simples que possui uma ligação dupla C = C. Os seis átomos nessa molécula estão arranjados de forma planar, com ângulo de ligação em torno de 120o. Cada átomo de carbono utiliza três orbitais híbridos sp2 e um orbital p. Os três orbitais híbridos sp2 originam da combinação de um orbital 2s com dois dos três orbitais atômicos 2p, cuja orientação é trigonal. O orbital molecular resultante da interação (overlap) de dois orbitais híbridos sp2, um de cada átomo de carbono, acomoda os dois elétrons da ligação sigma (σ) C-C. Para minimizar a repulsão eletrônica, os três orbitais sp2 precisam ficar o mais distante possível uns dos outros. Figura 5 - Hibridização do carbono na molécula de metano. Quatro orbitais híbridos sp3, orientado em relação aos vértices de um tetraedro regular, são formados pela combinação de um orbital atômico s de três orbitais atômicos p. Os orbitais híbridos sp3 são assimétricos em relação ao núcleo. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0128 Os orbitais híbridos sp dão origem a estruturas lineares Dois orbitais sp são obtidos por combinação de um orbital s com um orbital p e fazem entre si um ângulo de 180º. Os dois orbitais p que não entraram na hibridação são perpendiculares aos orbitais híbridos e só podem estabelecer ligações pi. Por exemplo, a molécula H-Be-H, em que o Be (configuração eletrônica de valência 2s2) apresenta duas zonas com eletrons, é descrita por duas ligações sigma, obtidas por sobreposição dos orbitais 1s dos 2 átomos de H com os dois orbitais híbridos sp do Be que fazem entre si ângulos de 180º. A molécula H-Be-H é linear. ligação pi (p) perpendicular a ligação sigma, seus orbitais p estão paralelos entre si. A interação entre esses orbitais faz com que o comprimento da ligação (s) sigma seja menor que o previsto. 2 orbitais porbital s 3 orbitais sp2 Figura 6 - Se combinarem dois orbitais p com o orbital s, obtêm-se três orbitais híbridos sp2. Estes três orbitais fazem entre si ângulos de 120º e o orbital p que não entrou na hibridação é perpendicular ao plano definido pelos orbitais híbridos. Figura 7 - Os dois orbitais sp são obtidos por combinação de um orbital s com um orbital p e fazem entre si um ângulo de 180º. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 29 Hibridização, comprimento de ligação, força de ligação e ângulo de ligação Como no carbono, a hibridização de um átomo de N, O ou S é sp3, mas o ângulo em torno de elemento central pode ser alterado por efeitos estereoeletrônicos e eletronegatividade. Uma ligação pi é mais fraca que uma ligação sigma. Quanto maior a densidade eletrônica na região de sobreposição dos orbitais, mais forte é a ligação. Quanto menor o caráter s, menor e mais forte é a ligação. Quanto maior o caráter s, maior é o ângulo de ligação. Caráter s: sp (50% s) > sp2 (33,3 % s) >sp3 (25% s). Uma ligação C-H é menor e mais forte que uma ligação C-C, pois o orbital s do hidrogênio está mais próximo do núcleo, sendo mais fortemente atraído do que o orbital sp3 do carbono (Tabela 3). Molécula Hibridiza- ção do carbono Ângulo De ligação Com- primento de ligação C-C em A Força de ligação C-C Kjs/mol Com- primento de ligação C-H em A Força de ligação C-C Kj/mol Etano sp3 109,5o 1,54 377 1,10 423 Eteno sp2 120 o 1,33 720 1,08 466 Etino sp1 180 o 1,20 967 1,06 548 Problema 12 - Qual a fórmula geométrica do cloreto de alumínio? Quanto vale o ângulo entre as ligações? Problema 13 - Se não houvesse hibridização, qual seria a fórmula do composto de Boro e Fluor? Problema 14- A cocaína é uma droga sintetizada em laboratório e sua matéria-prima é a folha de um arbusto denominado Erytroxylon coca. Um dos grandes problemas da cocaína é a adulteração pela qual o produto puro passa. Como é comercializada por peso, diversas substâncias são acrescidas ao produto inicial e, normalmente, chegam ao consumidor final com apenas 30% de pureza. Os mais variados produtos são misturados, tais como: soda cáustica, solução de bateria de carro, água sanitária, cimento, pó de vidro, hormônio para a engorda de gado e talco. Desenhe a estrutura química da Cocaína e mostre a hibridização de cada átomo nessa molécula. Problema 15 - Para as moléculas N2 e N2H4 (hidrazina), pede-se: a) Escreva as respectivas estruturas de Lewis. Tabela 2 - Relação entre hibridização, ângulo, comprimento e força de ligação. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0130 b) Em qual das duas moléculas a distância de ligação N-N é menor? Justifique sua resposta. Geometria molecular Conforme vimos, as moléculas são constituídas por átomos ligados por ligação covalente, e podem mostrar, na sua composição, de dois a milhares de átomos. Além de descrever o número e os tipos de ligações em uma molécula, um modelo eficiente deve também predizer o arranjo aproximado dos átomos no espaço. A Teoria da Repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência - RPENV (década 1960) é uma das formas mais utilizadas para prever a geometria das moléculas que apresentam mais de dois átomos. Essa teoria baseia-se na ideia de que pares eletrônicos da camada de valência de um átomo central estejam fazendo ligação química ou não; comportam-se como nuvens eletrônicas que se repelem, ficando com a maior distância angular possível uns dos outros. A geometria das moléculas é determinada pela disposição dos núcleos dos átomos ligados ao átomo central. Ao aplicar esta regra a moléculas específicas, encontramos que átomos de carbono e outros elementos leves, em geral, podem assumir várias formas geométricas, sendo as mais comuns a linear, angular, trigonal plana, piramidal e a tetraédrica. Problema 16 - Determine a geometria molecular das estruturas, bem como a polaridade das ligações e das moléculas: água, amônia, pentacloreto de fósforo, hexafluoreto de enxofre, metano, trifluoreto de boro. Tabela 2 - Geometria de algumas moléculas e íons baseada na Teoria RPENV. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstrUtUrA AtômiCA E ligAçõEs 31 Problema 17 - Desenhar esquematicamente a molécula NH2F, mostrando apenas os orbitais que participam das ligações. Qual a fórmula geométrica das moléculas? Teoria de Orbitais Moleculares Vimos que na a Teoria de Ligação de Valência (TLV) todas as ligações químicas são formadas por orbitais semipreenchidos que se sobrepõem. Entretanto, pela TLV, a substância mais simples formada por C e H deveria ser o CH2, mas sabemos que CH2 não existe. É uma espécie química instável, de alta energia! A substância mais simples formada por carbono e hidrogênio é o METANO, CH4. Como explicar isso? Com a Teoria da HIBRIDIZAÇÃO (TH)! Essa teoria diz que os orbitais puros podem se fundir para formar novos orbitais, menos energéticos e, portanto, mais estáveis. Anteriormente, vimos que os elétrons nos átomos podem ser descritos por determinadas funções de onda, que chamamos de orbitais atômicos. A TOM é uma alternativa à TLV; segundo ela, os orbitais atômicos deixam de existir quando os átomos se unem para formar moléculas. Orbitais moleculares passam a existir, com novas energias, e constituem uma propriedade da molécula como um todo. Ela é importante, pois explica alguns fatos experimentais que as outras teorias não explicam, tais como: forma, os ângulos de ligação de algumas moléculas, o papel do par electrônico nas ligações, e propriedades de algumas moléculas, como o paramagnetismo. A interação de dois orbitais atômicos 1s e os orbitais moleculares que resultam dessa interação pode ser representado por um diagrama de energia (diagrama de orbital molecular), semelhante ao da Figura 8. A distribuição dos elétrons nos orbitais moleculares segue os princípios propostos no item 1.3. Na TOM a estabilidade de uma ligação covalente está relacionada com sua ordem de ligação (OL), definida como: OL = ½ (número de elétrons ligantes – números de elétrons antiligantes). Esse valor representa o número de ligações que podem ser formadas, a espécie química existe se tem a OL ≠ 0. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0132 Problema 18 - Com base no diagrama de energia, diga quais das espécies a seguir existem? Se existem, qual a ordem de ligação? a) H2 + b) He2 + c) He2 d) H2 - Figura 8 - Diagrama de energia para molécula de hidrogênio, mostrando a formação de orbitais moleculares ligantes (σ) e antiligantes (σ*) pela adição e subtração de orbitais atômicos (AO). Ao contrário do orbital molecular antiligante, um orbital molecular ligante tem menor energia e maior estabilidade que as orbitais moleculares que lhe deram origem. E ne rg ia Molecular Átomo Átomo Interação destrutiva Orbital molecular sigma ligante Orbital molecular sigma antiliganteInteração construtiva Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos 33 UniDADE 02 nomeclatura de compostos orgânicos Esta unidade dá uma visão geral da nomenclatura dos compostos orgânicos, abordando os nomes triviais, semi-triviais e, com maior ênfase, os nomes sistemáticos elaborados de acordo com os procedimentos descritos nas seções A, B, C, D, E, F, e H, da edição de 1979 do Nomenclature of Organic Chemistry e modificado pelas reco- mendações de 1993, da Internaitonal Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0234 Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos 35 nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos Introdução Um número cada vez maior de compostos orgânicos identificados a cada dia, juntamente com o fato de que muitos desses compostos são isômeros uns dos outros, exige o desenvolvimento de um sistema para a elaboração da nomenclatura desses compostos. Da mesma maneira que cada composto tem uma estrutura molecular única, que pode ser designada por uma fórmula estrutural, a cada composto deve ser associado um nome que leve inequivocamente a essa estrutura. A IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) elaborou um conjunto de regras, publicadas nas seções A, B, C, D, E, F, e H, da edição de 1979 do livro Nomenclature of Organic Chemistry e modificado pelas recomendações de 1993, para construir nomes para as moléculas orgânicas. A aplicação destas regras dá origem a uma nomenclatura sistemática: “É importante reconhecer que as regras de nomenclatura sistemática não conduzem necessariamente a um único nome para cada composto, embora tenham de conduzir sempre a um nome a que inversamente corresponde, sem ambiguidade, uma estrutura única. A clareza na comunicação exige muitas vezes que em cada caso as regras sejam aplicadas com prioridades diferentes”. Contrastando com tais nomes sistemáticos, existem nomes tradicionais, semisistemáticos ou triviais, que são muito usados para determinadas substâncias. Esses nomes comuns (tradicionais, semisistemáticos ou triviais) têm, muitas vezes, a sua origem na história da ciência e nas fontes naturais dos compostos específicos. A relação entre esses nomes é arbitrária e não racional. Nomes não-sistemáticos Muitos nomes comuns (não-sistemáticos) fazem parte da linguagem comum não científica e o uso desses nomesnão está, portanto, confinado dentro da ciência química. Eles são úteis e, em alguns casos, indispensáveis. Ganhar- se-ia pouco, e certamente muito se perderia, ao substituir tais nomes por outros. “A principal finalidade da no- menclatura química é iden- tificar as espécies químicas através de palavras escritas ou faladas. Para poder ser útil na comunicação entre químicos, a nomenclatura dos compostos químicos deve, além disso, conter em si própria uma relação explícita ou implícita com a estrutura do composto, de tal forma que o leitor ou ouvinte possa deduzir essa estrutura (e assim a identidade do composto) a partir do nome. Esse propósito exige um sistema de princípios e regras, cuja aplicação dá origem a uma nomenclatura sistemática.” Fonte: IUPAC Isômeros São compostos diferentes que apresentam a mesma fórmula molecular. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0236 Por isso, desde que satisfaçam às exigências de utilidade e precisão, e sejam usados amplamente por químicos e leigos, esses nomes são aceitos, e, na maior parte dos casos, até preferidos. Exemplos destes nomes são: “ácido acético”, “benzeno”, “colesterol”, “estireno”, “formaldeído”, “água”. Também existem nomes semissistemáticos, tais como metano, propanol e ácido benzóico, que são tão familiares para os químicos que poucos se apercebem do fato de que estes nomes não são plenamente sistemáticos. Tipos de nomes não-sistemáticos Nome trivial: um nome que não contém nenhuma parte com significado sistemático. Exemplo: Ureia Nome semisistemático ou nome semitrivial: um nome em que, pelo menos uma parte, tem um significado sistemático. Exemplos: Glicerol (ol) Acetona (ona) No nome “Glicerol” a terminação “ol” refere-se à presença da função álcool (OH); e no nome “Acetona” a terminação “ona” refere-se à presença da função cetona (R1R2C=O). Nomes sistemáticos Existem vários tipos de nomes sistemáticos, nomes IUPAC, de acordo com o tipo de operação de nomenclatura envolvido. Nome de fusão Nome Hantzsch-Widman Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos 37 Nome de classe funcional (antigamente nome radicofuncional) Nome substitutivo Nesta unidade, será dada ênfase à nomenclatura que leva à formação dos nomes substitutivos. Os demais tipos de nomes citados serão apenas, brevemente, definidos e exemplificados. Nome de fusão Este tipo de nome é aplicado para compostos cujas moléculas são formadas a partir da fusão orto de anéis. O nome é formado pela junção dos nomes dos anéis, que podem ser nomes triviais ou semissistemáticos aceitos, sendo um deles selecionado como anel principal e os demais como substituintes. Os pontos de junção entre esses anéis são descritos, entre colchetes, por números ou letras, entre os nomes do anel principal e dos substituintes. Exemplos: No nome “Dibenzo[b,e]oxepina”, dibenzo refere-se aos dois anéis benzênicos, oxepina refere-se a um anel de sete membros (epina) contendo o oxigênio (oxa) como heteroátomo; e as letras “b” e “e” referem-se às ligações da oexpina, nas quais os anéis benzênicos estão conjugados. A oxepina é considerada o anel principal, porque contém heroátomo. No nome “Tieno [b,e] furano”, tieno refere-se ao anel insaturado contendo um átomo de enxofre, e furano benzênicos refere-se ao anel insaturado contendo um átomo de oxigênio; os números 3 e 2 referem-se aos átomos do tieno que são comuns ao anel furânico e a letra b refere-se à ligação do furano na qual o tieno está conjugado. O furano é o anel principal porque o oxigênio tem prioridade sobre o enxofre como heteroátomo. Nome de Hantzsch-Widman Este tipo de nome aplica-se a mono-heterociclos contendo até dez átomos. O nome é formado pela união de prefixos que designam os heteroátomos Fusão ORTO É a junção de anéis pelo compartilhamento, entre estes anéis, de dois átomos vizinhos. Ordem de prioridade de heteroátomos Um heteroátomo pertencente a um grupo situado mais à direita da tabela periódica tem prioridade sobre aquele localizado em um grupo mais à esquerda. Em um mesmo grupo um átomo localizado mais acima tem prioridade sobre um átomo situado mais abaixo. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0238 presentes no anel e um sufixo que se refere ao tamanho do anel e à condição de saturado ou insaturado. Exemplos: No nome 1,4-Tiazepina, os números 1 e 4 referem-se às localizações dos heteroátomos, o prefixo “tia” refere-se à presença de um átomo de enxofre, o prefixo “aza” refere-se à presença de um átomo de nitrogênio e o sufixo “epina” refere-se a um anel de sete membros, insaturado. A combinação dos prefixos “tia” e “aza” gera o prefixo “tiaza”. Os prefixos são citados por ordem de prioridade dos heteroátomos. A numeração dos átomos no anel também segue a ordem de prioridade dos heteroátomos. Enxofre tem prioridade sobre nitrogênio. No nome 1,2,5-oxadiazol, os números 1,2 e 5 referem-se às localizações dos heteroátomos, o prefixo “oxa” refere-se à presença de um átomo de oxigênio, o prefixo “diaza” refere-se à presença de dois átomos de nitrogênio e o sufixo “ola” refere-se a um anel de cinco membros, insaturado. Elemento Valência Prefixo Elemento Valência Prefixo Fluor Cloro Bromo Iodo Oxigênio Enxofre Selênio Telúrio Nitrogênio Fósforo I I I I II II II II III III Fluora Clora Broma Ioda Oxa Tia Selena Telura Aza Fosfa Arsênio Antimônio Bismuto Silício Germânio Estanho Chumbo Boro Mercúrio III III III IV IV IV IV III II Arsa Estiba Bisma Sila Germa Estana Pluma Bora Mercura 1,4 - Tiazepina 1,2,5 - oxadiazola Tabela 1. Prefixo para nomenclatura de Hantzsch-Widman. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos 39 Tamanho do anel Insaturado Saturado 3 4 5 6A(O, S, Se, Te, Bi Hg)* 6B(N, Si, Ge, Sn, Pb) 6C(B, F, Cl, Br, I, P,As, Sb) 7 8 9 10 ireno,irina(N) ete ola ina ina inino epina ocina onina ecina irano, iridina(N) etano, etidina(N) olano, olidina(N) ano inano inano epano ocano onano ecano Nome de classe funcional Nome constituído pelo nome da classe funcional (função) seguido dos nomes dos grupos ligados ao grupamento funcional, listados em ordem alfabética. Exemplos: Grupamento funcional O grupamento funcional ou grupo funcional: é o átomo ou grupo de átomos responsável(eis) pelas propriedades químicas características dos compostos pertencentes a uma determinada função química. Funções orgânicas: são grupos de compostos orgânicos que possuem estruturas químicas semelhantes e, consequentemente, apresentam comportamento químico similar. Exemplos: Função: Cetona Cetona etílica e metílica Brometo de benzila Tabela 2. Terminações para sistema de nomenclatura de Hantzsch-Widman Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0240 Função: Ácido carboxílico Ácido hexanoico Ácido hexanoico Tabela 3. Principais grupos funcionais Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos 41 Nome substitutivo Um nome substitutivo é um nome que indica, através de um sufixo e/ou prefixo(s), a substituição de um ou mais átomos de hidrogênio de um hidrocarboneto por outro(s) átomo(s) ou grupo(s). Exemplos: Roteiro para a “construção” de um nome substitutivo O nome substitutivo de um composto orgânico é “construído”, de acordo com os seguintes passos: 1 Identificar a função principal presente na molécula (consultar a Tabela 3, a seguir). 2 Identificar a cadeia principal (maior cadeia contendo a função principal). 3 Numerar a cadeia principal de forma a atribuir o menor número ao carbono do grupamento funcional ou ligadoa ele. 4 Identificar os substituintes e suas localizações. 5 Localizar na Tabela 4, página 43, o sufixo correspondente à função principal e os prefixos correspondentes às funções secundárias. 6 Localizar na Tabela 5, página 43, o termo numérico correspondente ao número de carbonos da cadeia principal. 7 Escrever os prefixos referentes as funções secundárias segundo a ordem de prioridade e os nomes dos substituintes em ordem alfabética. 8 Em seguida, escrever o termo numérico correspondente. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0242 9 Escrever o infixo referente às insaturações, se presentes. 10 Por fim, escrever o sufixo correspondente à função principal. 11 Imediatamente antes de cada prefixo, infixo e sufixo, escrever o respectivo localizador (número que identifica a localização dos substituintes, funções secundárias, insaturações e função principal). Tabela 6 – Classes gerais de compostos por ordem decrescente de prioridade para efeito de escolha e designação de um grupo característico principal. 1 Radicais 2 Ânions 3 Cátions 4 Compostos dipolares (Zwitterionic compounds) 5 Ácidos [por ordem COOH, C(O)O2H; seguem-se os seus derivados S e Se e depois os ácidos sulfônicos, sulfínicos, selenoicos, etc., fosfônicos, arsônicos, etc.] 6 Anidridos 7 Ésteres 8 Haletos de ácidos 9 Amidas 10 Hidrazidas 11 Imidas 12 Nitrilas 13 Aldeídos seguidos pelos tioaldeídos, selenoaldeídos e teluroaldeídos 14 Cetonas seguidas pelas tiocetonas, selenocetonas e telurocetonas 15 Álcoois e fenóis seguidos pelos tióis, selenóis e teluróis 16 Hidroperóxidos seguidos pelos tio-hidroperóxidos, seleno-hidroperóxidos e teluro-hidroperóxidos 17 Aminas 18 Iminas 19 Hidrazinas, fosfanos etc. 20 Éteres seguidos pelos sulfetos, selenetos e teluretos 21 Peróxidos seguidos pelos disulfetos, diseletos, and diteluretos Tabela 4. Sufixos e prefixos para alguns grupos característicos importantes na nomenclatura substitutiva (por ordem alfabética) Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos 43 Classe Prefixo Sufixo Ácidos carboxílicos Ácidos sulfônicos Álcoois, fenóis Alcoolatos, fenolatos Aldeídos Amidas Amidinas Aminas Carboxilatos Cetonas Ésteres (de ácidos carboxí- licos) Éteres Halogenetos de acila Hidroperóxidos Iminas Nitrilas Peróxidos Sais (de ácidos carboxílicos) Sulfetos Sulfonatos Tióis Tiolatos carboxi- --- sulfo- hidroxi- óxido- formil- oxo- carbamoil- --- carbamimidoil- --- amino- carboxilato- --- oxo- (R)-oxicarbonil- --- (R)-oxi- halogenocarbonil- --- hidroperoxi- imino- (R)-imino- ciano- --- (R)-peroxi- --- --- (R)-sulfanil- sulfonato- sulfanyl- sulfido- ácido.... carboxílico ácido.... óico ácido.... sulfônico -ol -olato -carbaldeído -al -carboxamide -amida -carboximidamida -imidamida -amina -carboxylato -oato -ona ...carboxilato de (R) ...oato de (R) --- halogeneto de......-carbonila halogeneto de......-oíla --- -imina --- -carbonitrila -nitrila --- ...carboxilato de (cátion) ...oato de (cátion) --- -sulfonato -tiol -tiolato Tabela 5 - Termos numéricos de base. No. Termo numérico No. Termo numérico 1 mono- (a) 100 hecta- 2 di- (a) 200 dicta- 3 tri- 300 tricta- 4 tetra- 400 tetracta- 5 penta- 500 pentacta- 6 hexa- 600 hexacta- 7 hepta- 700 heptacta- 8 octa- 800 octacta- 9 nona- 900 nonacta- 10 deca- 1000 kilia- 11 undeca- (a) 2000 dilia- Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0244 No. Termo numérico No. Termo numérico 12 dodeca- (b) 3000 trilia- 20 icosa- (c) 4000 tetralia- 30 triaconta- 5000 pentalia- 40 tetraconta- 6000 hexalia- 50 pentaconta- 7000 heptalia- 60 hexaconta- 8000 octalia- 70 heptaconta- 9000 nonalia- 80 octaconta- 90 nonaconta- Exemplo 1: Função principal: ÁCIDO CARBOXÍLICO Sufixo: OICO Cadeia principal com sete carbonos Termo numérico: HEPTA Função secundária: CETONA Prefixo: OXO Localizador: 4 Substituintes: dois grupos metila e um grupo etila Prefixos: ETIL Localizador: 2 Prefixo: DIMETIL Localizadores: 5,5 Insaturações: DUPLA LIGAÇÃO Infixo: EN Localizador: 6 NOME: ÁCIDO 2-ETIL-5,5-DIMETIL-4-OXO-HEPT-6-ENOICO Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos 45 Exemplo 2: Função principal: CETONA Sufixo: ONA Lcalizador: 2 Cadeia principal com dez carbonos Termo numérico: DECA Função secundária: AMINA Prefixo: AMINO Localizador: 8 Substituintes: um grupo fenila e um grupo propila Prefixo: FENIL Localizadores: 4 Prefixos: PROPIL Localizador: 5 Insaturações: TRIPLA LIGAÇÃO Infixo: IN Localizador: 9 NOME: 8-AMINO-4-FENIL-5-PROPIL-2-ETILDEC-9-IN-2-ONA EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1 Identifique os grupamentos funcionais presentes em cada uma das estruturas abaixo e escreva um nome sistemático para cada um dos compostos: Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0246 2 Desenhe a estrutura molecular correspondente a cada um dos nomes sistemáticos citados a seguir: a) 1-ciclo-hexil-2,2-dimetilpropan-1-ona b) 4-metilpentanoato de but-2-ila c) ciclobut-2-eno carboxilato de metila d) éter alílico e benzílico e) ácido 3-oxobutanoico f) 4,4-dimetilcilco-hexa-2,5-dienona g) 4-ciclopropil-3-clorometilciclobutano-1,2-diol 3 Os “enineninóis” são compostos que apresentam em sua estrutura duas ligações duplas, duas ligações triplas e uma hidroxila (J. Chem. Ed. 74 (7), 782- 783 (1997)). Escreva um nome sistemático para cada um dos enineninóis a seguir: Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos 47 4 Escreva um nome sistemático para cada um dos “”fármacos” cujas estruturas são mostradas a seguir: a) Aspirina (AAS) b) Paracetamol (Tylenol) c) Primocarcina d) Lidocaína (cloridrato de Xilocaína) e) Verapamil (Cloridrato de Dilacoron) Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0248 Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db nomEClAtUrA DE ComPostos orgâniCos 49 UniDADE 03 Estereoquímica de compostos orgânicos Esta unidade destaca a importância da Estereoquímica Orgânica e discute os termos fundamentais a ela relacionados além de aplicar os conhecimentos dessa área da química orgânica para o melhor entendimento da estrutura e das reações dos compos- tos orgânicos. Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0250 Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstErEoqUímiCA DE moléCUlAs orgâniCAs 51 EstErEoqUímiCA DE moléCUlAs orgâniCAs Introdução Estereoquímica é o estudo da Química em três dimensões. A razão e importância da estereoquímica estão baseadas na ocorrência de moléculas que diferem unicamente em seus arranjos espaciais. Muitas dessas moléculas, que têm a mesma conectividade e diferem apenas no arranjo espacial, apresentam atividades biológicas completamente diferentes, como é o caso da talidomida (quadro ao lado). Antes de tratar dos estereoisômeros, vamos lembrar a classificação geral de isômeros, que são moléculas diferentes que apresentam a mesma fórmula molecular. O fluxograma abaixo apresenta a classificação de isômeros. Isômeros constitucionais são aqueles que diferem na conectividade de seus átomos. Eles se classificam em diversos tipos, tais como: de cadeia, de posição, de função etc. Como exemplos de isômeros constitucionais, podemos citar: etanol (CH3CH2OH) e éter dimetílico (CH3OCH3), isômeros de função. As atividades de muitos fármacos dependem do arranjo espacial dos átomos de suas moléculas. A talidomida, já citada, que causou a má formação de milhares de fetos, quando administrada, na década de 1960,a várias gestantes, é uma molécula QUIRAL e, por isso, existe em dois arranjos espaciais que se constituem um par estereoisômeros. Um deles tem a atividade farmacológica desejada e outro a atividade teratogência. Classificação de ISÔMEROS TALIDOMIDA Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0352 Estereoisômeros Isômeros espaciais ou estereoisômeros são aqueles que diferem apenas no arranjo espacial de seus átomos; e uma das razões da ocorrência de estereoisômeros é a presença de carbonos assimétricos em uma molécula. Carbonos assimétricos são carbonos ligados a quatro átomos ou grupos diferentes. Por serem responsáveis pela ocorrência de estereoisômeros esses carbonos são chamados de centros estereogênios. A ocorrência de estereoisômeros pode também ser devido à presença de eixos de quiralidade em uma molécula. Os esteroisômeros podem ser classificados como enantiômeros ou diastereoisômeros. Se dois estereoisômeros mantêm entre si uma relação de objeto/imagem, eles são classificados como enantiômeros, se não mantêm essa relação, eles são classificados como diastereoisômeros. No caso do limoneno, enquanto um enantiômero apresenta o odor de laranja, o outro apresenta o odor de limão! Os enantiômeros são moléculas QUIRAIS. E o que é uma molécula QUIRAL? É uma molécula que não é superponível à sua imagem especular; ou seja, sua imagem especular é outra molécula, portanto, seu enantiômero. Uma molécula que é superponível à sua imagem, ou seja, uma molécula cuja imagem especular é ela própria é uma molécula aquiral. A molécula do 2-bromobutano, mostrada acima, é um exemplo de molécula QUIRAL. Existem duas moléculas de 2-bromo-butano distintas, e uma é imagem da outra; estas moléculas correspondem, portanto, a um par de enantiômeros. MOLÉCULAS QUIRAIS Em geral as moléculas presentes na estrutura dos organismos vivos são QUIRAIS e ocorrem, apenas, como um dos possíveis enantiômeros. Por exemplo: dos vinte aminoácidos de nosso organismo, os blocos que compõem as proteínas, 19 estão na forma L. A glicina é a ÚNICA exceção porque não é um composto quiral. R = HGli; R = CH3Ala; R = CH2SHCys; R = CH2PhPhe. Exemplos de ENANTIÔMEROS Espelho Limoneno Espelho 2-Bromobutano Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstErEoqUímiCA DE moléCUlAs orgâniCAs 53 As moléculas QUIRAIS apresentam ATIVIDADE ÓPTICA, enquanto que as moléculas aquirais não apresentam essa atividade. Atividade óptica É a propriedade que certos materiais possuem de girar o plano de polarização de um feixe de luz linearmente polarizada. Essa propriedade é observada no polarímetro, ver a figura ao lado. Projeções de moléculas no plano I. PROJEÇÃO DE NEWMAN - É a projeção de uma molécula no plano, vista ao longo de uma ligação. II. PROJEÇÃO EM CAVALETE - É a projeção de uma molécula no plano, vista em perspectiva em relação a uma ligação alongada. III. PROJEÇÃO DE FISCHER - É a projeção de uma molécula no plano, com a cadeia carbônica desenhada na vertical, de cima para baixo, tendo as ligações horizontais colocadas à frente do plano e os terminais verticais para trás do plano. Projeções de Newman a) Etano b) Butano Polarímetro: esquema e foto de um aparelho. O aparelho é formado por uma fonte de luz (1), um filtro polarizador fixo (2), um tubo (3), contendo a amostra (4) e um filtro polarizador para análise (6), que ao ser girado registra o sentido levó- giro (-) ou dextrógiro (+) e o ângulo em graus (de 0 a 180). Observe na figura o desvio do plano ao sair a luz do compartimento da amostra (5). A atividade óptica de um composto é expressa como “rotação óptica específica”, que é calculada a partir da fórmula a seguir. Onde “20” é a temperatura da medição em graus centígrados, “D” é a linha D do espectro de emissão do sódio (598 nm), “l” é o comprimento do comparti- mento da amostra em dm, e “c” a concentração da amostra em g/mL. eclipsadaalternada anti gauche gauche Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0354 Rotações no plano da projeção de Fischer A projeção de Fischer de uma molécula pode ser girada de 180°, no plano, pois manterá sua configuração original; no entanto, não pode ser girada de 90° ou 270°, porque sua configuração seria alterada. O giro de 180° é um recurso utilizado para checar a identidade de duas moléculas. Exemplo do emprego da rotação de 180º para checar a identidade de duas moléculas: Permuta de ligantes na projeção de Fischer Na projeção de Fischer de uma molécula, é permitida a permuta de posição de três ligantes, simultaneamente, no sentido horário ou anti-horário, pois a configuração original será mantida; no entanto, a permuta de posição de dois ligantes não é permitida porque altera a configuração da molécula Molécula A Molécula A Molécula B Molécula B Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstErEoqUímiCA DE moléCUlAs orgâniCAs 55 Projeções de Fischer de alguns monossacarídeos Um monossacarídeo é classificado como “D” se a hidroxila do último carbono assimétrico (de cima para baixo), na projeção de Fischer, estiver do lado direito e, como “L” se ela estiver do lado esquerdo. Projeções de Fischer dos ácidos tartáricos D-(+)-Glicose L-(-)-Glicose Ácido L-(-) - Tartárico Ácido D-(+) - Tartárico D-(-)-Eritrose L-(+)-Eritrose L-(+)-TreoseD-(-)-Treose Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0356 Projeções de um estereoisômero da eritrose Nomenclatura de estereoisomêros Nomenclatura de Cahn, Ingold e Prelog (R/S) Esta nomenclatura é utilizada para denominar a configuração absoluta de carbonos assimétricos. Procedimentos para aplicação das regras a um carbono assimétrico: • Classificar os ligantes em ordem de prioridade; • Observar a face formada pelos três ligantes de maior prioridade; • Se a sequência destes ligantes estiver no sentido horário, o carbono será denominado “R” (de rectus); • Se a sequência destes ligantes estiver no sentido anti-horário, o carbono será denominado “S” (de sinister). Idênticas Enantiômeros Ácido D-(+) - Tartárico Diastereoisómeros Ácido D-(+) - Tartárico COOH COOHCOOH COOH COOH COOH COOHCOOH PROJEÇÃO DE NEWMAN PROJEÇÃO DE FISCHER PROJEÇÕES EM CAVALETE Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstErEoqUímiCA DE moléCUlAs orgâniCAs 57 Regras para a definição da ordem de prioridade dos ligantes a um carbono assimétrico: 1 Maior prioridade para o átomo de maior número atômico ligado ao carbono assimétrico. 2 Em caso de isótopos, maior prioridade para o isótopo de maior massa. 3 Em caso de empate nos átomos imediatamente ligados ao carbono assimétrico, passa-se para os seguintes e aplicam-se as regras 1 e 2 novamente. 4 Em caso de ligações múltiplas, considera-se a existência de múltiplos ligantes. 5 Ligante com configuração (R) tem prioridade sobre ligante com configuração (S). Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db unidade 0358 Aplicação da nomenclatura R/S a moléculas de monossacarídeos. Descritores usados para especificar configurações relativas Descritores eritro e treo Indicam a posição relativa, na projeção de Fischer, dos substituintes de dois carbonos assimétricos vizinhos: se estiver do mesmo lado – eritro, se estiver de lados opostos – treo. Ex: D(-)-treo-2-(2,2-dicloroacetamido)-1-(p-nitrofenil)-(D-treo-Cloran-fenicol) Remova Marca d'água WondersharePDFelement http://cbs.wondershare.com/go.php?pid=5484&m=db EstErEoqUímiCA DE moléCUlAs orgâniCAs 59 Símbolos α e β Indicam a posição dos substituintes em um sistema de anéis, rígido: α. se o substituinte se localiza para trás do
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