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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA 2022 Prof. Alexsandro Nunes Colim GABARITO DAS AUTOATIVIDADES 2 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA UNIDADE 1 TÓPICO 1 1 Atualmente, estima-se a existência de cerca de 20 milhões de compostos orgânicos que participam de inúmeras funções vitais aos organismos animal e vegetal, além de comporem diversos materiais presentes no cotidiano, como medicamentos, corantes, cosméticos, produtos de higiene pessoal e limpeza doméstica, tintas, borrachas e produtos derivados do refino do petróleo (plástico, combustíveis e asfalto), entre outros. Todos eles possuem uma característica comum: são formados por átomos de carbono. Disserte sobre as razões que possibilitam essa diversidade de compostos orgânicos. R.: O átomo de carbono, pertencente à família 4A, possui em sua constituição seis prótons e seis elétrons, garantindo uma configuração eletrônica com quatro elétrons na camada de valência. Ao sofrer o processo de hibridização, o carbono consegue realizar quatro ligações covalentes. Nesse processo, são geradas ligações simples, dupla e, até mesmo, tripla. Assim, grandes estruturas moleculares podem ser formadas em virtude da alta estabilidade da cadeia carbônica. Em função de sua posição na tabela periódica (e sua eletronegatividade), o carbono possui a capacidade (extraordinária) de se ligar a diferentes átomos, tanto de elementos químicos eletronegativos quanto eletropositivos. 2 Por muitos anos, um dos principais questionamentos foi direcionado à compreensão da formação do universo, da natureza, dos objetos e da matéria que nos cercam. Nessa jornada, filósofos e cientistas entrelaçaram seus questionamentos e conhecimentos. No século XVII, a química já despontava como uma importante área de investigação científica, mas foi, no final do século XVIII, que a química orgânica revelou grandes conhecimentos à humanidade. Sobre a história da química orgânica, classifique V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas: 3 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA ( ) Kekulé é considerado o “pai da química”. ( ) Segundo a “Teoria do Vitalismo”, os seres humanos carregariam em si uma “força vital”, a qual é capaz de transformar tudo o que é inorgânico em orgânico, o que era facilmente criado em laboratório. ( ) Os alquimistas foram os pioneiros no desenvolvimento de técnicas de laboratório, como a destilação e a sublimação que são usadas até hoje na química moderna. ( ) Atualmente, a química é dividida em duas grandes áreas: a química inorgânica, dedicada ao estudo de compostos extraídos do reino mineral, e a química orgânica, dedicada ao estudo de compostos extraídos (produzidos) por seres vivos. ( ) Em seu postulado, Kekulé afirmava que o carbono é tetravalente e possui habilidade de formar longas cadeias carbônicas. Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) V – V – V – F – F. b) ( ) V – F – V – F – V. c) ( ) V – F – V – V – V. d) ( ) F – V – F – F – F. e) (X) F – F – V – F – V. 3 O ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA) é um composto orgânico, que age como agente quelante, formando complexos muito estáveis com diversos íons metálicos. Observando a estrutura do EDTA da figura a seguir, são encontradas quantas unidades de carbono Sp3, Sp2 e Sp? FONTE: <https://bit.ly/350AhTt>. Acesso em: 20 de out. 2021. 4 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) 5 carbonos Sp3, 5 carbonos Sp2 e 2 carbonos Sp. b) (X) 6 carbonos Sp3, 4 carbonos Sp2 e nenhum carbono Sp. c) ( ) 4 carbonos Sp3, 0 carbonos Sp2 e 6 carbonos Sp. d) ( ) Nenhum carbono Sp3, 4 carbonos Sp2 e 6 carbonos Sp. e) ( ) 3 carbonos Sp3, 5 carbonos Sp2 e 5 carbonos Sp. 4 Os hidrocarbonetos são compostos químicos formados unicamente por átomos de carbono e hidrogênio, unidos por ligações saturadas ou insaturadas. No composto apresentado na figura a seguir, os átomos de carbono estão numerados de 1 a 7. FONTE: O autor Com base nas ligações covalentes existentes na estrutura do compos- to orgânico em questão, analise as sentenças a seguir: I- O átomo de carbono 5 forma três ligações σ (sigma) e uma ligação π (pi). II- O átomo de carbono 1 forma quatro ligações σ (sigma). III- O átomo de carbono 2 forma três ligações π (pi) e uma ligação σ (sigma). IV- O total de ligações π (pi) na estrutura é igual a três. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) As sentenças I e III estão corretas. b) ( ) As sentenças II e IV estão corretas. c) ( ) As sentenças I, II e III estão corretas. d) (X) As sentenças I, II e IV estão corretas. e) ( ) As sentenças II, III e IV estão corretas. 5 As moléculas de nanoputians lembram figuras humanas e foram criadas para estimular o interesse de jovens na compreensão da 5 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA linguagem expressa em fórmulas estruturais, muito usadas em química orgânica. Um exemplo é o nanokid, representado na figura a seguir. FONTE: <https://bit.ly/3gOgdGe>. Acesso em: 10 out. 2021. Observando a estrutura do Nanokid, assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) 10 carbonos primários; 12 carbonos secundários; 8 carbonos terciários; 4 carbonos quaternários. b) ( ) 18 carbonos primários; 5 carbonos secundários; 7 carbonos terciários; 3 carbonos quaternários. c) ( ) 11 carbonos primários; 10 carbonos secundários; 5 carbonos terciários; 2 carbonos quaternários. d) ( ) 18 carbonos primários; 12 carbonos secundários; 5 carbonos terciários; nenhum carbono quaternário. e) (X) 11 carbonos primários; 14 carbonos secundários; 7 carbonos terciários; 2 carbonos quaternários. TÓPICO 2 1 Durante a fabricação de tecidos de algodão, a adição de compostos do tipo N-haloamina lhes confere propriedades biocidas, inativando bactérias que produzem mau cheiro. O principal 6 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA responsável por efeito é o cloro presente nesses compostos. Observando a estrutura molecular da N-haloamina, apresentada na figura a seguir, pode-se classificá-la como: FONTE: O autor ( ) Homogênea. ( ) Saturada. ( ) Aromática. ( ) Cíclica. ( ) Heterogênea. Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) F – F – V – F – F. b) ( ) V – V – F – V – F. c) ( ) V – F – V – F – V. d) (X) F – V – F – V – V. e) ( ) F – V – V – F – V. 2 A nomenclatura dos compostos orgânicos difere para cada composto e segue as regras estabelecidas pela IUPAC. De acordo com ela, a nomenclatura oficial de um composto orgânico é formada por um prefixo, um infixo e finalizado por um sufixo. Sobre a cadeia principal de um composto orgânico ramificado, analise as sentenças a seguir: I- É formada pelo maior número possível de átomos de carbono. II- Apresenta o menor número possível de radicais. III- As insaturações (C=C e C≡C) e o grupo funcional são indicados pelo menor número possível. IV- O grupo funcional não consta na cadeia principal. 7 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA FONTE: O autor FONTE: O autor Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) A sentença I está correta. b) ( ) A sentença II está correta. c) (X) As sentenças I e III estão corretas. d) ( ) As sentenças II e IV estão corretas. e) ( ) As sentenças II, III e IV estão corretas. 3 A cafeína é um estimulante comumente encontrado em bebidas, como café, chás e refrigerantes. Sua fórmula estrutural pode ser representada da seguinte forma: Para a fórmula molecular da cafeína, assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) C3H5N4O2. b) ( ) C6H8N4O2. c) ( ) C7H10N4O2. d) ( ) C8H12N4O2. e) (X) C8H10N4O2. 4 De acordo com a nomenclatura proposta pela IUPAC, analise o composto apresentado na figura a seguir: 8 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) 4-dimetil-2-etil-4-etil-1,5-heptadieno. b) ( ) 4,2-metil-4-alil-1-hexeno. c) ( ) 2,4-dimetil-4-etil-1,5-heptadieno. d) ( ) 2-metil-4-metil-4-etil-heptadieno. e) (X) 4-etil-2,4-dimetil-hept-1,5-dieno. 5 Atualmente, existem mais de 19 milhões de compostos orgânicosinseridos no dia a dia, com estruturas e propriedades físico-quí- micas semelhantes, tornando essencial a sua correta identificação. De acordo com a IUPAC, órgão responsável por estabelecer um sistema de nomenclatura comum a toda comunidade científica, quais são as etapas para nomear um composto orgânico e evitar que não sejam atribuídos nomes diferentes a ele? R.: Segundo a IUPAC, a nomenclatura oficial de um composto orgânico é formada por um prefixo, um infixo e finalizado por um sufixo. O prefixo indica a quantidade de átomos de carbonos presentes na cadeia carbônica principal. O infixo indica o tipo de ligações presentes entre os átomos de carbono na cadeia principal. Já o sufixo indica a função orgânica a que o composto pertence. Entre os inúmeros compostos orgânicos existentes, há aqueles cuja fórmula estrutural apresenta ramificações. Para esses compostos, tem- se a necessidade de identificar a cadeia carbônica principal e todos os substituintes (ramificações e grupos funcionais) antes de nomeá-las. Assim, é importante saber que a cadeia principal de um composto orgânico ramificado é aquela que apresenta: maior número possível de carbonos; maior número possível de radicais; insaturação (ligação dupla ou tripla) e carbono ligado ao grupo funcional. A numeração de seus átomos de carbono deve iniciar em uma extremidade, e seguir a ordem de prioridade: grupo funcional, insaturação e radical. Por fim, quando a cadeia apresentar um mesmo tipo de ramificação em carbonos diferentes, devemos escrever as posições antes do nome da ramificação separadas por vírgula. Sempre que a cadeia apresentar mais de uma ramificação igual, é necessário utilizar prefixos (“di” para dois, “tri” para três e tetra para quatro) antes do nome da ramificação, mas não utilizar estes prefixos para colocar na ordem alfabética. 9 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA TÓPICO 3 1 De acordo com a nomenclatura IUPAC, os hidrocarbonetos são definidos como compostos orgânicos formados, única e exclusivamente, por átomos de carbono e hidrogênio, porém, por serem uma grande e diversificada família, são subdivididos em grupos com comportamentos químicos similares. Sobre a divisão dos hidrocarbonetos, associe os itens, utilizando o código a seguir: I- Acanos. II- Dienos. III- Alcinos. IV- Ciclenos. V- Aromáticos. ( ) Possuem estrutura cíclica com uma ligação π carbono-carbono. ( ) Apresentam uma ligação tripla na cadeia carbônica. ( ) Apresentam somente carbonos Sp3. ( ) Possuem ao menos uma estrutura cíclica com ressonância de ligações duplas. ( ) Apresentam duas ligações na cadeia carbônica. Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) V – III – I – IV – II. b) ( ) II – III – I – V – II. c) ( ) III – II – V – IV – I. d) (X) IV – III – I – V – II. e) ( ) V – IV – II – I – III. 2 A gasolina é um combustível comumente utilizado no dia a dia. Sua composição é formada pela mistura de hidrocarbonetos, com destaque para a presença majoritária de octano. Sobre a fórmula molecular do octano, assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) C8H16. b) (X) C8H18. 10 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA c) ( ) C8H14. d) ( ) C12H24. e) ( ) C12H26. 3 Os hidrocarbonetos são corriqueiramente encontrados e exercem grande importância na economia global, já que são as principais substâncias formadoras do petróleo e de todos os seus subprodutos. Sobre hidrocarbonetos, analise as sentenças a seguir: I- Hidrocarbonetos são compostos orgânicos constituídos somente de carbono e hidrogênio. II- São chamados de alcenos somente os hidrocarbonetos insaturados de cadeia linear. III- Cicloalcanos são hidrocarbonetos alifáticos saturados de fórmula geral CnH2n. IV- São hidrocarbonetos aromáticos: bromobenzeno, p-nitrotolueno e naftaleno. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) A sentença I está correta. b) ( ) A sentença II está correta. c) (X) As sentenças I e III estão corretas. d) ( ) As sentenças II e IV estão corretas. e) ( ) As sentenças II, III e IV estão corretas. 4 Os compostos aromáticos participam de várias aplicações nas áreas farmacêutica, alimentícia, química, entre outras, atuando como matéria-prima na fabricação de diversos produtos. Comente, em linhas gerais, a importância e os riscos dos compostos aromáticos para nossa sociedade atual. R.: No dia a dia, os hidrocarbonetos são corriqueiramente encontrados e exercem grande importância na economia global, já que eles são as principais substâncias formadoras do petróleo e de todos os seus subprodutos. São muito importantes na fabricação de inúmeros produtos, como GNV (uma mistura de metano, etano e propano), gasolina, querosene e óleo diesel, gás de cozinha, velas e, até mesmo, em plásticos. Os hidrocarbonetos também podem ser encontrados nas borrachas, nos corantes e em óleos vegetais essenciais e numa infinidade de outros produtos. 11 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA Entretanto, os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) compõem uma classe de mais de 100 substâncias químicas naturalmente encon- tradas no carvão, no petróleo bruto, na gasolina, entre outros produtos. Além disso, são gerados durante a combustão incompleta ou pirólise de matéria orgânica e em vários processos industriais. São considerados contaminantes ambientais, o que significa que, além de estarem presen- tes em ar, água, solo e alimentos, se degradam lentamente no ambiente e causam malefícios à saúde de seres humanos e outros organismos. A exposição a misturas contendo HPA está associada a diversos tipos de câncer, como câncer de pulmão (produção de coque, gaseificação de car- vão, cobertura e pavimentação que envolva piche de carvão, produção de alumínio e fuligem); câncer de pele (destilação de alcatrão de hulha e fuligem); câncer de bexiga (queima de carvão e produção de alumínio); câncer de esôfago e sistema hematopoiético (fuligem). 5 Considere as estruturas dos dois hidrocarbonetos apresentados na figura a seguir: FONTE: O autor Assinale a alternativa que apresenta as nomenclaturas oficiais CORRETAS: a) ( ) Ciclo-heptadecano e 7-etil-1,4,5-trimetiltridecano. b) ( ) Heptadecano e 7-etil-1,4,5-trimetiltridecano. c) (X) Heptadecano e I7-etil-4,5-dimetiltridecano. d) ( ) 1-metil-hexadecano e 7-etil-9,10-dimetiltridecano. e) ( ) Dimetil-pentadecano e 7-etil-9,10-dimetiltridecano. 12 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA UNIDADE 2 TÓPICO 1 1 Os compostos orgânicos oxigenados representam uma importante família de substâncias químicas. Para treinar a identificação dessas estruturas moleculares, escreva as fórmulas estruturais para os compostos orgânicos indicados a seguir: a) Ácido 3-etil-hexanoico. b) Ciclo-hexanona. c) Octanol. d) Feniletanal. e) 2-isopropil-5-metil-hidroxibenzeno. R.: a) b) c) d) e) 2 Observando a fórmula estrutural dos compostos orgânicos listados a seguir, indique qual deles apresenta um carbono terciário e uma insaturação em sua molécula, e pertence à função álcool. 13 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA a) ( ) b) ( ) c) (X) d) ( ) e) ( ) 3 Depois do carbono e do hidrogênio, o oxigênio é o elemento químico mais abundante nas estruturas das moléculas orgânicas. Esses átomos ligam-se entre si de diferentes maneiras, formando uma infinidade de cadeias carbônicas. Assim, as funções orgânicas oxigenadas compõem uma grande e diversificada família de composto orgânicos. Com base nas fórmulas estruturais condensadas e na função orgânica a que pertencem, associe os itens, utilizando o código a seguir: I- Ácido carboxílico. II- Álcool. III- Aldeído. IV- Cetona. V- Éter. VI- Fenol. ( ) CH3 ─ CH = CH ─ OH. ( ) C6H5 ─ O ─ CH2 ─ CH2 ─ CH3. ( ) CH3 ─ CH2 ─ COOH. ( ) CH3 ─ CO ─ CH2 ─ CH3. ( ) C6H5 ─ OH. ( ) CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ CHO. 14 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) III – VI – IV – I – II – V. b) (X) II – V – I – IV – VI – III. c) ( ) I – VI – IV – V – II – III.d) ( ) II – V – I – III – VI – IV. e) ( ) IV – I – V – III – VI – II. 3 A vanilina (cuja fórmula estrutural está reproduzida na figura a seguir), extraída da orquídea Vanilla planifolia, é o principal componente da essência ou do aroma de baunilha. Seu aroma natural é amplamente utilizado na produção de doces e sorvetes. FONTE: O autor Em relação à molécula da vanilina, é correto afirmar que ela possui as funções químicas de: a) ( ) Aldeído, álcool e éter. b) ( ) Álcool, ácido carboxílico e fenol. c) ( ) Cetona, éter e ácido carboxílico. d) ( ) Álcool, éter e éster. e) (X) Aldeído, éter e fenol. 4 Com base nas estruturas dos compostos orgânicos, analise as sen- tenças a seguir: 15 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA A B C D FONTE: O autor I- Quanto ao tipo de cadeia carbônica, C é insaturada, A e D são saturadas e B é aromática. II- Quanto ao tipo de função orgânica, A é uma cetona, B é um álcool, C é um éter e D é um ácido carboxílico. III- De acordo com a IUPAC, o composto A é chamado de butanal. IV- De acordo com a IUPAC, o composto D é chamado de 4-metil- pentanoico. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) Somente a sentença I está correta. b) ( ) Somente a sentença II está correta. c) (X) Somente a sentença III está correta. d) ( ) As sentenças II e IV estão corretas. e) ( ) As sentenças I, III e IV estão corretas. 5 Os grupos funcionais identificam o conjunto de átomos caracte- rístico de cada função orgânica. Além disso, eles são utilizados para classificar e agrupar os compostos orgânicos que apresentam similaridades estruturais e propriedades químicas. Consideran- do os grupos funcionais oxigenados e a função orgânica que re- presentam, associe os itens, utilizando o código a seguir: I- II- III- V- IV- 16 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA ( ) Álcool. ( ) Éter. ( ) Aldeído. ( ) Fenol. ( ) Ácido carboxílico. Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) V – III – II – I – IV. b) (X) III – V – IV – I – II. c) ( ) III – V – II – IV – V. d) ( ) IV – I – III – V – II. e) ( ) III – IV – II – I – V. TÓPICO 2 1 Tanto os compostos orgânicos oxigenados quanto os nitrogenados estão amplamente inseridos no nosso cotidiano. Para treinar a identificação dessas estruturas moleculares, escreva as fórmulas estruturais para os compostos orgânicos indicados a seguir: a) Benzoato de potássio. b) Hex-2-en-3-amina. c) Benzonitrila. d) N-etil-2,N-dimetilpropan-1-amina. e) Propanoato de isobutila. f) 4-etil-3-metil-2-nitro-hept-5-eno. g) N-metilpropanamida. h) Benzoato de metila. R.: a) b) 17 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA d)c) e) g) f) h) 2 Composto trinitrotolueno (TNT), também chamado de 2-metil- 1,3,5-trinitrobenzeno, é um explosivo usado para fins militares e em demolições. Na sua forma refinada, o trinitrotolueno é completamente estável, e, ao contrário da nitroglicerina, é relativamente insensível à fricção, ao impacto ou à agitação, o que reduz os riscos de detonação acidental. Ademais, não reage com os metais nem absorve água, sendo muito estável e podendo ser armazenado por longos períodos, ao contrário da dinamite. Sobre a estrutura molecular desse composto, o número de átomos de nitrogênio, hidrogênio e oxigênio por molécula é: a) ( ) 3 átomos de nitrogênio, 5 átomos de hidrogênio e 9 átomos de oxigênio. b) (X) 3 átomos de nitrogênio, 5 átomos de hidrogênio e 6 átomos de oxigênio. c) ( ) 3 átomos de nitrogênio, 7 átomos de hidrogênio e 6 átomos de oxigênio. d) ( ) 3 átomos de nitrogênio, 9 átomos de hidrogênio e 6 átomos de oxigênio. e) ( ) 3 átomos de nitrogênio, 6 átomos de hidrogênio e 7 átomos de oxigênio. 3 Os grupos funcionais são utilizados para classificar e agrupar os compostos orgânicos. Segundo os diferentes tipos de grupos funcionais e a função orgânica representam, associe os itens, utilizando o código a seguir: 18 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA I- II- III- IV- V- ( ) Sal orgânico. ( ) Nitrila. ( ) Éster. ( ) Amida. ( ) Anidrido. Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) IV – III – II – I – V. b) ( ) III – V – IV – I – II. c) ( ) III – V – II – IV – V. d) (X) IV – III – V – I – II. e) ( ) III – IV – II – I – V. 4 Entre as inúmeras substâncias químicas que têm a capacidade de gerar o sabor doce ao paladar humano está o aspartame, estrutu- ra representada a seguir. Pequenas quantidades dessa substância são suficientes para causar a doçura aos alimentos preparados, já que é cerca de 200 vezes mais doce que a sacarose. FONTE: O autor 19 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA As funções orgânicas presentes na molécula desse adoçante são apenas: a) ( ) Aldeído, amida, amina e ácido carboxílico. b) ( ) Éter, amida, amina e ácido carboxílico. c) (X) Éster, amida, amina e ácido carboxílico. d) ( ) Éster, amina, cetona e álcool. e) ( ) Éter, amida, amina e cetona. 5 Analisando as estruturas dos compostos orgânicos a seguir e as classificações corretas em relação as suas características, analise as sentenças a seguir: FONTE: O autor I- Quanto ao tipo de cadeia carbônica, C é insaturada, A e B são saturadas e D é aromática. II- Quanto ao tipo de função orgânica, o composto orgânico A é classificado como um éster, B um cloreto de acila, C uma amida e D uma amina. III- De acordo com a IUPAC, o composto A é chamado de propanoato de butila. IV- De acordo com a IUPAC, o composto C é chamado de 5,6-dimetil- hept-3-en-2-amida. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) A sentença I está correta. b) ( ) A sentença II está correta. c) (X) As sentenças I e III estão corretas. d) ( ) As sentenças II e IV estão corretas. e) ( ) As sentenças II, III e IV estão corretas. 20 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA TÓPICO 3 1 O gás liquefeito de petróleo (GLP), popularmente conhecido como gás de cozinha, é um produto obtido das frações mais leves do processo de refino do petróleo. Sua constituição é formada pela mistura de diferentes hidrocarbonetos – como propano (C3H8), propeno (C3H6), butano (C4H10) e buteno (C4H8), além de pequenas frações de outros hidrocarbonetos – e apresenta grande aplicabilidade como combustível, por causa do alto poder calorífico, da excelente qualidade de queima, do fácil manuseio e do baixo impacto ambiental, além da facilidade de armazenamento e de transporte. Antes da distribuição comercial, pequenas quantidades de butan-1-tiol já eram adicionadas ao gás de cozinha. Explique, de maneira sucinta, por que os tióis são adicionados na versão comercial do GLP. R.: Os hidrocarbonetos presentes no gás de cozinha (propano e butano) não possuem cheiro. A presença do butan-1-tiol, um composto sulfurado com forte odor característico, faz com que se sinta o cheiro quando há algum vazamento do GLP, facilitando a rápida identificação de vazamentos indevidos pelos usuários, evitando explosões e incêndios. 2 Considere as estruturas dos hidrocarbonetos apresentadas na figura a seguir: FONTE: O autor Com base nessas figuras, assinale as nomenclaturas oficiais CORRETAS: a) ( ) 5-butil-3-meil-hexeno-2-tiol; benzoato de tiofenol. b) (X) 3,5-dimetil-nonano-2-tiol; pentil-tiobenzeno. c) ( ) 1,2,4-trimetil-octanotiol; benzoato de tiofenol. d) ( ) 3,5-dimetil-octanotiol; pentil-tiobenzeno. e) ( ) 2,3,4-trimetil-heptano-2-tiol; butil-tiobenzeno. 21 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA 3 Por muito tempo, os haletos orgânicos foram amplamente utilizados, porém, com o desenvolvimento das pesquisas científicas e a crescente preocupação com o meio ambiente e com a saúde humana, muitas de suas aplicações foram abandonadas. Comente sobre o uso e os motivos que levaram à proibição do inseticida dicloro-difenil- tricloroetano (DDT) e do clorofórmio como anestésico. R.: • O dicloro-difenil-tricloroetano, inseticida conhecido como DDT (C14H9Cl5), foi utilizado como arma química durante a Segunda Guerra Mundial e amplamente utilizado no combate a pernilongos transmissoresde dengue e malária. No entanto, descobriu-se que o DDT é altamente prejudicial ao meio ambiente, acumulando-se em tecidos gordurosos dos organismos humanos e dos animais (como o fígado), e que aumenta as chances de desenvolver diferentes tipos de câncer. • O clorofórmio, ou triclorometano (CHCl3), começou a ser usado como anestésico na Inglaterra, em 1847, mas, em virtude dos graves efeitos nos pacientes, foi gradativamente abandonado, devido à sua toxicidade. A droga conhecida como lança-perfume também contém clorofórmio. O uso frequente dessa substância psicoativa pode provocar lesões em fígado, medula óssea e rins, déficit de memória, arritmia e até infarto. 4 Um exemplo do odor desagradável que os tiocompostos possuem é facilmente percebido pela presença do 3-metilbutan-1-tiol no líquido que o cangambá utiliza como arma de defesa. Sobre a fórmula molecular do 3-metilbutan-1-tiol, assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) C4H10S. b) (X) C5H12S. c) ( ) C4H11OH. d) ( ) C5H10OH. e) ( ) C4H12S. 5 Os haletos orgânicos são muito utilizados como solventes na fabricação de plásticos, inseticidas e gás de refrigeração. Com relação à fórmula estrutural do haleto orgânico e ao nome determinado pela IUPAC, assinale a alternativa CORRETA: 22 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA a) ( ) H3C ─ CH2 ─ CHBr ─ CH3: 3-bromo-butano. b) (X) C6H5 ─ CH2 ─ CH2 ─ Br: 1-bromo-2-fenil-etano. c) ( ) CH2 = CH ─ Cl: dicloroeteno. d) ( ) H3C ─ CHF ─ CHCℓ ─ CHBr ─ CH2 ─ CH3: 2-flúor-3-cloro-4- -bromo-hexano. e) ( ) F ─ (C6H5) ─ CH3: 1-fluor-4-metil-fenol. UNIDADE 3 TÓPICO 1 1 A polaridade das substâncias orgânicas é uma consequência originada tanto da diferença de eletronegatividade quanto da organização espacial (geometria) dos átomos presentes na molécula. Tendo em mente apenas substâncias apolares, assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) Acetona e ácido etanoico. b) ( ) Ácido etanoico e metanol. c) ( ) Metanol e tetracloreto de carbono. d) (X) Tetracloreto de carbono e hexano. e) ( ) Hexano e metilamina. 2 Observe a estrutura molecular de quatro compostos orgânicos a seguir: FONTE: O autor 23 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA No estado líquido, os tipos de forças intermoleculares que existem em cada uma dessas substâncias, respectivamente, são: a) ( ) Dipolo induzido, ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo perma- nente e dipolo induzido. b) ( ) Dipolo induzido, ligação de hidrogênio, dipolo induzido e di- polo-dipolo permanente. c) (X) Dipolo induzido, ligação de hidrogênio, ligação de hidrogê- nio e dipolo induzido. d) ( ) Ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo permanente, dipolo in- duzido e ligação de hidrogênio. e) ( ) Todas são ligações de hidrogênio. 3 As forças de atração, chamadas de interações intermoleculares, são responsáveis por manter as moléculas unidas nos estados só- lido e líquido. No entanto, a intensidade de suas forças é influen- ciada pela geometria e pela polaridade das próprias moléculas. Classifique V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas: ( ) De acordo com a teoria da VSEPR, os pares eletrônicos ligantes e os “não ligantes”, localizados ao redor do átomo central, repelem- se, tendendo a permanecer o mais afastados quanto possível. ( ) Moléculas orgânicas polares são formadas por ligações covalentes polares, ou seja, são caracterizadas pela ausência de diferença de eletronegatividade entre seus átomos, gerando vetor momento de dipolo resultante ( ) nulo. ( ) As interações dipolo-dipolo permanente ocorrem somente entre moléculas apolares. Já as interações dipolo instantâneo-dipolo induzido ocorrem tanto em substâncias polares quanto apolares. ( ) Ligações de hidrogênio são interações que ocorrem tipicamente entre moléculas que apresentam átomos de H ligados a F, O ou N. ( ) A muda de estado físico de agregação, de qualquer substância orgânica, ocorre mediante o rompimento de ligações químicas. Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) V – V – V – F – F. b) (X) V – F – F – V – F. c) ( ) F – F – F – V – V. 24 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA d) ( ) V – V – F – V – F. e) ( ) V – F – V – V – F. 4 A temperatura de ebulição dos compostos orgânicos é influen- ciada por dois fatores: o tipo de interação intermolecular e o ta- manho da estrutura molecular. Com base na ordem crescente da temperatura de ebulição, analise as substâncias a seguir: I- Propano (C3H8). II- 1-propanol (C3H8O). III- Etano (C2H6). IV- Propano-1,2-diol (C3H8O2). Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) II – IV – I – III. b) ( ) III – I – IV – II. c) ( ) II – IV – III – I. d) (X) III – I – II – IV. e) ( ) IV – II – III – I. 5 Sobre os compostos orgânicos, há uma infinidade de substâncias, dos mais diversos tipos e tamanhos, com grupos funcionais que lhes conferem o caráter polar ou apolar. Além disso, dependendo das forças de interação existentes entre suas moléculas, podem ser encontrados na forma gasosa, líquida e, até mesmo, sólida. As interações intermoleculares, além de influenciarem os estados físicos de agregação, são importantes para determinar a solubilidade dos diversos compostos orgânicos existentes. Comente sobre a solubilidade dos compostos orgânicos e a afirmação de que “semelhante dissolve semelhante”. R.: A solubilidade representa a tendência que um determinado composto sólido tem de se tornar solúvel em um líquido e uma substância líquida tem de se tornar miscível em outro líquido. Para que isso ocorra, é necessário romper interações intermoleculares preexistentes por novas interações. Daí a afirmação de que “semelhante dissolve semelhante”, ou seja, substâncias polares dissolvem-se com maior facilidade em líquidos polares, enquanto as substâncias 25 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA apolares se dissolvem com maior facilidade em líquidos apolares. Como a maioria das substâncias orgânicas são compostos apolares ou com grandes cadeias carbônicas (o que lhes garantem um caráter apolar), apresentam pouca ou nenhuma solubilidade na água (líquido polar). De fato, as substâncias orgânicas são, em geral, solúveis em solventes orgânicos, ou seja, em líquidos como os hidrocarbonetos e éteres que são apolares (ou pouco polares). TÓPICO 2 1 Na química orgânica, são denominados isômeros dois ou mais compostos diferentes que apresentam a mesma fórmula molecular. Quando é possível perceber a diferença através de suas fórmulas estruturais planas, dizemos que é um caso de isomeria constitucional ou isomeria plana. Com base nos cinco tipos de isomeria plana existentes, isto é, no tipo de isomeria que ocorre entre os pares de compostos orgânicos, associe os itens, utilizando o código a seguir: I- Isomeria de função. II- Isomeria de posição. III- Isomeria de cadeia. IV- Isomeria de compensação. V- Isomeria dinâmica. ( ) Dimetilamina e etilamina. ( ) Etoxietano e metoxipropano. ( ) 1-propen-2-ol e propanona. ( ) Metanoato de metila e ácido etanoico. ( ) But-1-eno e but-2-eno. Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) IV – III – V – II – I. b) ( ) V – III – IV – I – II. c) ( ) III – I – II – IV – V. 26 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA d) (X) III – IV – V – I – II. e) ( ) III – IV – II – I – V. 2 No equilíbrio entre uma cetona e um enol em meio aquoso, chamado de ceto-enólico, ocorre a migração de um átomo de hidrogênio (diretamente ligado a um carbono vizinho à carbonila) para o oxigênio da carbonila. Esse fenômeno leva à formação de uma nova substância, pertencente à outra função orgânica, porém com fórmula molecular idêntica à da substância original. Dizemos, então, que esses compostos são isômeros. Considere a figura a seguir e assinale a alternativa que apresenta o tipo de isomeria que se estabelece entre a propano-2-ona e o prop-1-en-2-ol: FONTE: O autor a) ( ) Isomeria de cadeia. b) ( ) Isomeria de posição. c) ( ) Isomeria de função. d) (X) Isomeria de dinâmica(tautomeria). e) ( ) Isomeria de compensação (metameria). 3 O ciclopropano, composto usado como anestésico, e o propeno, utilizado como matéria-prima para a produção de polímeros, são isômeros entre si. Descreva a fórmula estrutural de cada um, as suas fórmulas moleculares e o tipo de isomeria desses compostos. R.: A fórmula estrutural do ciclopropano pode ser representada da seguinte forma: ou 27 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA Já o propeno possui a seguinte fórmula estrutural: Ambos os compostos (ciclopropano e propeno) são descritos pela fórmula molecular C3H6, ou seja, são isômeros com isomeria de cadeia. 4 Em um cenário de ficção científica, um cientista constrói uma máquina de teletransporte, na qual todas as ligações químicas dos compostos presentes na cabine A são quebradas, e os átomos são transportados para a cabine B, na qual as ligações são refeitas. Para o teste de teletransporte, foi escolhido o composto uísque lactona (I), presente no carvalho e um dos responsáveis pelo sabor do uísque. A figura, a seguir, mostra um teste hipotético, em que, colocando o composto I na cabine A, após o teletransporte, foi observado o composto II na cabine B. ou FONTE: <https://bit.ly/3sbaa5f>. Acesso em: 12 fev. 2022. Sobre esse experimento, assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) O experimento foi um sucesso, pois o composto II é exatamente a mesma molécula que o composto I. b) ( ) O experimento foi um sucesso, pois, embora os compostos I e II sejam enantiômeros, eles apresentam propriedades físicas e químicas iguais. c) (X) O experimento não foi um sucesso total, pois os compostos I e II têm propriedades diferentes, sendo isômeros de posição. 28 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA d) ( ) O experimento não foi um sucesso total, pois os compostos I e II têm propriedades diferentes, sendo isômeros de função. e) ( ) O experimento não foi um sucesso total, pois os compostos I e II têm propriedades diferentes, sendo isômeros geométricos (trans e cis). 5 Durante uma investigação química, descobriu-se três substân- cias orgânicas, descritas pela mesma fórmula molecular: C3H8O. Sabe-se que “A” tem apenas um hidrogênio ligado a um carbono secundário e é isômero de posição de “C”. Tanto “C” quanto “A” são isômeros de função de “B”. Com base nessas informações, as substâncias A, B e C são, respectivamente: a) ( ) Isopropanol, propan-1-ol e metoxietano. b) ( ) Metoxietano, isopropanol e propan-1-ol. c) (X) Propan-2-ol, metoxietano e propan-1-ol. d) ( ) Etoxietano, propan-2-ol e metoxietano. e) ( ) 1-propanol, propan-2-ol e metoxietano. TÓPICO 3 1 Quando comparamos a química inorgânica com a orgânica, per- cebemos que existem muitas diferenças, como a velocidade de suas reações. Comente, em linhas gerais, por que as reações estu- dadas na química orgânica são mais lentas do que as estudadas na química inorgânica. R.: De modo geral, as reações estudadas na química orgânica são mais lentas do que as estudadas na química inorgânica, porque as reações orgânicas envolvem substâncias moleculares enquanto as inorgânicas ocorrem, basicamente, entre compostos iônicos. Ou seja, por serem substâncias iônicas, que já estão quimicamente aptas, “disponíveis”, para reagir tornando o processo muito mais rápido, muitas vezes, instantâneo. Por outro lado, as reações moleculares, em geral, são mais lentas, pois necessitam a clivagem de ligações nas moléculas iniciais (reagentes) para ocorrer a transformação e originar novas ligações que resultaram em novas moléculas (produtos da reação). 29 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA 2 Em química orgânica, existem três tipos principais de reações: as reações de substituição, de adição e de eliminação. Explique, re- sumidamente, o que ocorre em cada uma delas e apresente um exemplo característico para cada caso. R.: Reações de substituição: como o próprio nome sugere, são aquelas em que ocorre a substituição de um átomo (ou grupo de átomos) de uma molécula orgânica (precursora) por outro átomo (ou grupo de átomos). Um exemplo desse tipo de reação ocorre durante a monocloração do metano, conforme representado a seguir: Nesse caso, tem-se a substituição de um átomo de hidrogênio presente no metano (CH3 ─ H) por um átomo de cloro. Os produtos da reação são originados em decorrência da saída de um hidrogênio do alcano e de um átomo de halogêneo da substância simples halogenada. Assim, o hidrogênio interage com o átomo de halogêneo, formando o hidro- halogênio correspondente (HCl); já o outro átomo de cloro (Cl–) liga- se diretamente ao alcano, formando um haleto orgânico. Reações de adição: como o próprio nome sugere, são aquelas em que ocorre a adição de átomos ou agregados atômicos em uma molécula orgânica. Esse tipo de reação ocorre, principalmente, em compostos insaturados, ou seja, aqueles que contêm ao menos uma ligação dupla ou tripla em sua estrutura molecular. Um exemplo desse tipo de reação ocorre durante a hidrogenação catalítica do eteno, conforme representado a seguir: Mantendo-se as condições ideais de temperatura e pressão, aliadas à presença de um catalisador, a molécula inicial perde sua insaturação. No exemplo em questão, a molécula do eteno (CH2 = CH2) reage com o hidrogênio (H2) na presença de um catalisador (níquel ou paládio), promovendo a quebra da sua ligação pi e subsequente adição de átomos de hidrogênio, formando o alcano correspondente, etano. 30 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA Reações de eliminação: de certa forma, representam o caminho inverso das reações de adição. Ou seja, nas reações de eliminação, átomos ou grupos de átomos são eliminados (retirados) da molécula orgânica (inicial), ao serem formadas ligações duplas ou ligações triplas ou, ainda, através do fechamento da cadeia carbônica. Um exemplo desse tipo de reação ocorre durante a desidratação intermolecular de álcoois, conforme representado a seguir: Na desidratação intermolecular em álcoois, a eliminação de água ocorre após a reação entre duas moléculas orgânicas da função álcool, em que, em uma delas, é eliminada uma hidroxila (OH) e na outra um hidrogênio (H), originando uma nova molécula com a função orgânica éter. Para essa reação de eliminação, usa-se a temperatura de 140 °C e ácido sulfúrico. 3 Observe a reação química apresentada na figura a seguir: FONTE: O autor Essa reação pode ser classificada como uma reação de substituição do tipo: a) ( ) Desidro-halogenação. b) ( ) Desidratação. c) ( ) Condensação. d) (X) Halogenação. e) ( ) Hidrogenação catalítica. 31 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA 4 As reações de adição, na ausência de peróxidos, ocorrem seguin- do a regra de Markovnikov, como mostra o exemplo a seguir: FONTE: O autor FONTE: O autor Os produtos majoritários X e Y são, respectivamente: a) ( ) 2-cloro-2-metilbutano e 1-propanol. b) (X) 2-cloro-2-metilbutano e 2-propanol. c) ( ) 2-cloro-2-metilbutano e propanol. d) ( ) 3-cloro-2-metilbutano e 1-propanol. e) ( ) 3-cloro-2-metilbutano e 2-propanol. 5 O trinitrotolueno (TNT) é um poderoso explosivo, obtido a partir da reação de nitração do tolueno, como esquematizado na figura a seguir: FONTE: <https://bit.ly/36lQanV>. Acesso em: 12 fev. 2022. Com base na figura apresentada, considere as seguintes reações: 32 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA A síntese do TNT é um exemplo de reação de: a) ( ) Neutralização. b) ( ) Desidratação. c) (X) Substituição. d) ( ) Eliminação. e) ( ) Oxidação.
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