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FUNÇÕES ORGÂNICAS @profmessiasnobre 2 Química Prof. Messias Nobre Curso QUÍMICA ORGÂNICA Professor Messias Nobre Ano Qualquer dúvida entre em contato conosco: @profmessiasnobre (92) 98462-4247 @profmessiasnobre 3 Química Prof. Messias Nobre SUMÁRIO APRESENTAÇÃO ................................................................................................................................................... 7 CONTEÚDO ABORDADO ....................................................................................................................................... 8 INTRODUÇÃO À QUÍMICA ORGÂNICA .................................................................................................................. 8 HISTÓRICO ........................................................................................................................................................... 8 O ELEMENTO QUÍMICO CARBONO ................................................................................................................................ 9 PROPRIEDADES DO ÁTOMO DE CARBONO .......................................................................................................... 11 CLASSIFICAÇÃO DOS ÁTOMOS DE CARBONO ...................................................................................................... 14 CADEIAS CARBÔNICAS ....................................................................................................................................... 15 CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS CARBÔNICAS ........................................................................................................ 15 QUANTO AO FECHAMENTO DA CADEIA: ................................................................................................................................ 15 QUANTO À DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS: ................................................................................................................................. 16 QUANTO AO TIPO DE LIGAÇÃO: ........................................................................................................................................... 17 QUANTO A NATUREZA DOS ÁTOMOS: .................................................................................................................................. 18 REGRA GERAL DE NOMENCLATURA DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS. ................................................................... 20 FUNÇÕES ORGÂNICAS ........................................................................................................................................ 21 HIDROCARBONETOS .......................................................................................................................................... 21 ALCANOS OU PARAFINAS ............................................................................................................................................. 21 ALCENOS, ALQUENOS OU OLEFINAS ..................................................................................................................................... 22 HIDROCARBONETOS CÍCLICOS .................................................................................................................................... 30 BENZENO ........................................................................................................................................................... 37 CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DO BENZENO........................................................................................................... 37 FÓRMULA DO BENZENO ..................................................................................................................................................... 38 NOMENCLATURA DE COMPOSTOS COM BENZENO .......................................................................................................... 38 ONDE O BENZENO É ENCONTRADO? .................................................................................................................................... 40 PARA QUE SERVE O BENZENO? ........................................................................................................................................... 40 INTOXICAÇÃO PELO BENZENO ............................................................................................................................................. 41 CURIOSIDADES SOBRE O BENZENO ....................................................................................................................................... 42 HALETOS ORGÂNICOS ........................................................................................................................................ 42 FUNÇÕES OXIGENADAS ...................................................................................................................................... 47 ÁLCOOIS ............................................................................................................................................................ 48 CLASSIFICAÇÃO DOS ÁLCOOIS .................................................................................................................................... 48 NOMENCLATURA DOS ÁLCOOIS ........................................................................................................................................... 50 NOMENCLATURA USUAL DOS ÁLCOOIS ................................................................................................................................. 51 PROPRIEDADES DOS ÁLCOOIS .................................................................................................................................... 52 ENÓIS ........................................................................................... 55 @profmessiasnobre 4 Química Prof. Messias Nobre FENÓIS ............................................................................................................................................................... 56 CETONAS ........................................................................................................................................................... 58 NOMENCLATURA DAS CETONAS .......................................................................................................................................... 58 PROPRIEDADES DAS CETONAS ................................................................................................................................... 61 CLASSIFICAÇÃO DAS CETONAS ................................................................................................................................... 61 APLICAÇÃO DAS CETONAS ........................................................................................................................................ 61 ALDEÍDOS .......................................................................................................................................................... 62 PROPRIEDADES DOS ALDEÍDOS .................................................................................................................................. 65 PRINCIPAL ALDEÍDO ................................................................................................................................................ 65 ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ...................................................................................................................................... 66 NOMENCLATURA ................................................................................................................................................... 66 A) PREFIXO ........................................................................................................................................................... 67 B) INFIXO .............................................................................................................................................................67 PROPRIEDADES DOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ................................................................................................................. 73 PRINCIPAIS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ............................................................................................................................. 73 DERIVADOS DIRETOS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ............................................................................................................ 75 ÉTERES ............................................................................................................................................................... 75 PROPRIEDADES DOS ÉTERES ...................................................................................................................................... 78 ÉSTERES ............................................................................................................................................................. 79 CARACTERÍSTICAS DOS ÉSTERES ................................................................................................................................. 82 UTILIZAÇÕES DOS ÉSTERES ........................................................................................................................................ 82 NOMENCLATURA DOS ÉSTERES .................................................................................................................................. 82 SAIS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS .......................................................................................................................... 85 CARACTERÍSTICAS ................................................................................................................................................... 86 A) ESTADO FÍSICO ............................................................................................................................................................. 86 B) SOLUBILIDADE .............................................................................................................................................................. 86 C) DENSIDADE ................................................................................................................................................................. 86 D) FORÇAS INTERMOLECULARES .......................................................................................................................................... 86 E) PONTO DE FUSÃO E DE EBULIÇÃO .................................................................................................................................... 86 F) PROPRIEDADES ORGANOLÉPTICAS (QUE ESTIMULAM OS SENTIDOS) ....................................................................................... 86 NOMENCLATURA OFICIAL PELA UNIÃO INTERNACIONAL DE QUÍMICA PURA E APLICADA (IUPAC) ............................................ 86 UTILIZAÇÕES .................................................................................................................................................................... 88 ANIDRIDOS ORGÂNICOS .................................................................................................................................... 88 NOMENCLATURA OFICIAL DOS ANIDRIDOS ................................................................................................................... 89 FUNÇÕES NITROGENADAS ................................................................................................................................. 90 AMINAS ............................................................................................................................................................. 91 NOMENCLATURA OFICIAL ......................................................................................................................................... 91 PRINCIPAIS PROPRIEDADES DAS AMINAS ...................................................................................................................... 92 AMINAS NO COTIDIANO ..................................................................... 93 @profmessiasnobre 5 Química Prof. Messias Nobre AMIDAS ............................................................................................................................................................. 95 CLASSIFICAÇÃO DAS AMIDAS ..................................................................................................................................... 95 AMIDA SIMPLES OU NÃO SUBSTITUÍDA ................................................................................................................................. 95 AMIDA MONOSSUBSTITUÍDA .............................................................................................................................................. 95 AMIDA DISSUBSTITUÍDA ..................................................................................................................................................... 96 NOMENCLATURA DAS AMIDAS .................................................................................................................................. 96 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS AMIDAS ....................................................................................................................... 99 UTILIZAÇÕES DAS AMIDAS ...................................................................................................................................... 100 NITRILAS OU CIANETOS .................................................................................................................................... 101 PROPRIEDADES IMPORTANTES ................................................................................................................................ 105 ISONITRILO OU ISOCIANETO ............................................................................................................................ 105 NOMENCLATURA OFICIAL ....................................................................................................................................... 106 PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS ......................................................................................................................... 107 NITROCOMPOSTOS .......................................................................................................................................... 108 PROPRIEDADES .................................................................................................................................................... 109 NOMENCLATURA ................................................................................................................................................. 109 PROPRIEDADES .................................................................................................................................................... 111 IMINAS .............................................................................................................................................................. 112 NOMENCLATURA DAS IMINAS ................................................................................................................................. 113 SÍNTESE ............................................................................................................................................................. 113 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DAS IMINAS ............................................................................................................ 114 COMPOSTOS SULFURADOS OU TIOCOMPOSTOS .............................................................................................. 114 ÁCIDOS SULFÔNICOS........................................................................................................................................ 116 CARACTERÍSTICAS .................................................................................................................................................117 NOMENCLATURA ................................................................................................................................................. 117 TIOÁLCOOIS, TIÓIS OU MERCAPTANAS ............................................................................................................ 119 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DOS TIOALCOÓIS ........................................................................................................... 119 TIOÉTER OU SULFETO ....................................................................................................................................... 122 PROPRIEDADES DOS TIO ÉTERES ............................................................................................................................... 123 FORMA DE OBTENÇÃO ........................................................................................................................................... 124 COMPOSTOS ORGANOMETÁLICOS ................................................................................................................... 124 HORA DA PRÁTICA DE ALQUIMIA ..................................................................................................................... 129 INTRODUÇÃO À QUÍMICA ................................................................................................................................ 129 GABARITO ........................................................................................................................................................ 139 HIDROCARBONETOS ........................................................................................................................................ 140 GABARITO ........................................................................................................................................................ 148 FUNÇÕES OXIGENADAS .................................................................................................................................... 149 GABARITO ........................................................................................................................................................ 168 FUNÇÕES NITROGENADAS .......................................................... 168 @profmessiasnobre 6 Química Prof. Messias Nobre GABARITO ........................................................................................................................................................ 182 FUNÇÕES SULFURADAS .................................................................................................................................... 182 GABARITO ........................................................................................................................................................ 190 @profmessiasnobre 7 Química Prof. Messias Nobre APRESENTAÇÃO Fala, meus queridos de todo o Brasil e de todo mundo! É com imensa alegria que estou aqui a lançar o curso de Química para as áreas médicas, no MEGA MED AULAS. Meu nome é Messias Nobre. Sou formado em Química e Engenharia Química pela Universidade Federal do Amazonas (UFAM). Sou professor de Química e Física há 17 anos para vestibulares e concursos públicos. Já fui aprovado em concursos militares e civis, mas amo dar aula e tento trazer a melhor forma para transmitir todo o meu conhecimento aos meus alunos. Este curso de Química está focado para as áreas da saúde. Então você que quer seguir este caminho, chegou a hora de se preparar da melhor maneira. Let’s go! @profmessiasnobre 8 Química Prof. Messias Nobre CONTEÚDO ABORDADO Introdução à Química Orgânica: Estudo do Carbono. Classificação das Cadeias Carbônicas. Geometria molecular. Orbitais híbridos. - Funções orgânicas: Notação, nomenclatura e propriedades dos Hidrocarbonetos, das Funções Oxigenadas, das Funções Nitrogenadas, das Funções Sulfuradas, das Funções Mistas e dos Compostos Organometálicos. Séries orgânicas. - Acidez e basicidade de compostos orgânicos. INTRODUÇÃO À QUÍMICA ORGÂNICA HISTÓRICO A primeira separação da Química em inorgânica e Orgânica ocorreu por volta de 1777. Essa separação foi proposta pelo químico alemão Torbern Olof Bergman (1775-1784). Segundo Bergman: Química Inorgânica (é a parte da Química) que estuda os compostos extraídos dos minerais e Química Orgânica (é a parte da Química que estuda os compostos extraídos de organismos vivos). Com base nessa definição Jons Jacob Berzelius (1779-1848) formulou a teoria da força vital, ou vitalismo, segundo a qual os compostos orgânicos necessitavam de uma força maior, a vida, para serem sintetizados. Em 1828, um aluno de Berzelius, Friedrich Wohler (1800-1882), derrubou essa teoria, sintetizando em laboratório a uréia, CO(NH2)2, um composto orgânico integrante do suor e da urina dos animais, pelo simples aquecimento de um composto inorgânico extraído de minerais, o cianato de amônio, NH4OCN. @profmessiasnobre 9 Química Prof. Messias Nobre Percebeu-se então que a definição de Bergman para a Química orgânica não era adequada. Devido à presença constante do carbono nos compostos orgânicos conhecidos na época, como a ureia, o ácido tartárico (C4H6O6), a glicerina (C3H8O3), o ácido cítrico (C6H8O7) e o ácido lático (C3H6O3), dentre outros, o químico alemão Friedrich August Kekulé (1829-1896) propôs em 1858 a definição aceita atualmente: que estuda os compostos dos demais elementos e alguns poucos compostos do elemento carbono, que são denominados compostos de transição: C(grafite), C(diamante), CO (monóxido de carbono), CO2 (dióxido de carbono), H2CO3 (ácido carbônico), HCN (ácido cianídrico), sais derivados de H2CO3 e HCN, ou seja, os carbonatos e cianetos, por exemplo: Na2CO3, CaCO3, NaCN, Ca(CN)2, etc. Todo composto orgânico tem carbono, porém nem todo composto que tem carbono é orgânico. O ELEMENTO QUÍMICO CARBONO O carbono é um elemento ametálico pertencente à família 14 (antiga 4A) da Classificação Periódica dos elementos químicos. Possui número atômico 6, massa atômica 12. Possui configuração eletrônica: 1s2 2s2 2p2, tendo 2 elétrons na camada K e 4 na camada L, sua camada de valência. Possui as seguintes variedades alotrópicas: @profmessiasnobre 10 Química Prof. Messias Nobre GRAFITE: Cn É um sólido cinza-escuro, baixa dureza, conduz eletricidade e calor. Os carbonos possuem hibridação sp2 com ligações duplas conjugadas. DIAMANTE: (Cn) Sólido incolor; elevada dureza; não conduz eletricidade nem calor. Seus carbonos possuem hibridação sp3. BUCKMINSTERFULERENO: (C60) O nome buckminsterfulereno é uma homenagem ao arquiteto norte- americano Buckminster Fuller, criador da estrutura geodésica. A estrutura cristalina mostra a forma mais comum que contém 60 átomos de carbono, C60, dispostos de maneira a parecer uma minúscula bola de futebol, com 60 vértices e 32 faces compostas de 12 pentágonos e de 20 hexágonos. Os carbonos possuem hibridação sp2. ELEMENTOS ORGANÓGENOS São os elementos que formam os compostos orgânicos. Os mais frequentes são: C, H, O, N. Além desses elementos há outros que também formam compostos orgânicos, só que em menor número, como o enxofre, o fósforo, e os halogênios: cloro, bromo, iodo e eventualmente o flúor. @profmessiasnobre 11 Química Prof. Messias Nobre PROPRIEDADES DO ÁTOMO DE CARBONO I. O carbono é tetravalente: O carbono sempre faz quatro ligações covalentes: Ligação Sigma (σ): É a primeira ligação estabelecida entre dois átomos (Ligação forte) Ligação Pi (π): É a segunda e terceira ligações estabelecidas entre dois átomos. (Ligaçãofraca). A hibridização ou hibridação consiste na interação de orbitais atômicos incompletos que se transformam, originando novos orbitais, em igual número. Esses novos orbitais são denominados orbitais híbridos. Hibridização sp: Carbono com duas duplas ligações ou uma simples e uma tripla. Possui geometria linear, pois o ângulo formado entre as ligações é de 180º. @profmessiasnobre 12 Química Prof. Messias Nobre Hibridização sp2: Carbono com duas ligações simples e uma dupla ligação. Possui geometria trigonal plana, pois o ângulo formado entre as ligações é de 120º. Hibridização sp3: Carbono com todas as ligações simples. Possui geometria tetraédrica ou tetraedral, pois o ângulo formado entre as ligações é de 109º28’. @profmessiasnobre 13 Química Prof. Messias Nobre II. O carbono possui caráter anfótero: O carbono localiza-se na família 4 A (14), ou seja, no meio do 2º período da tabela periódica. Isso significa que ele se situa entre os metais (elementos eletropositivos) e os não-metais (elementos eletronegativos). Não sendo, portanto, eletropositivo nem eletronegativo, o carbono é capaz de unir-se tanto a elementos eletropositivos como a eletronegativos. III. O carbono forma cadeias: Os átomos de carbono podem ligar-se entre si e com outros elementos formando cadeias carbônicas, o que é um dos grandes motivos do elevado número de compostos orgânicos em comparação ao de inorgânicos. Cada ligação (simples, dupla ou tripla) é caracterizada por uma certa distância entre os átomos envolvidos, ou seja, quanto maior o número de ligações entre dois átomos, menor a distância entre os átomos. Distância (ligações simples) > Distância (ligações duplas) > Distância (ligações triplas) @profmessiasnobre 14 Química Prof. Messias Nobre CLASSIFICAÇÃO DOS ÁTOMOS DE CARBONO I. Carbono primário: aquele que se liga a apenas a 1 átomo de carbono. II. Carbono secundário: aquele que se liga à 2 átomos de carbono. III. Carbono terciário: aquele que se liga à 3 átomos de carbono. IV. Carbono quaternário: aquela que se liga à 4 átomos de carbono. → São carbonos primários: 1, 7, 8, 9, 10, 12 e 13; → São carbonos secundários: 5 e 6; → São carbonos terciários: 2, 4 e 11; → É carbono quaternário: 3. Alguns autores denominam o carbono não ligado a um outro carbono de nulário ou isolado ou zero, outros de primário e outros simplesmente não o classificam. Carbono assimétrico, quiral ou estereocentro é aquele que possui 4 ligantes diferentes entre si. Será objeto de estudo em isomeria óptica. @profmessiasnobre 15 Química Prof. Messias Nobre CADEIAS CARBÔNICAS É a estrutura formada por todos os átomos de carbono e heteroátomos de uma molécula orgânica. Uma cadeia carbônica pode apresentar, além de átomos de carbono, átomos de outros elementos, desde que eles estejam entre os átomos de carbono. Os elementos diferentes do carbono que mais frequentemente podem fazer parte da cadeia carbônica são: O, N, S e P. CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS CARBÔNICAS Uma cadeia carbônica é o conjunto de todos os átomos de carbono e de todos os heteroátomos que constituem a molécula de qualquer composto orgânico. As cadeias carbônicas podem ser classificadas em vários critérios: Quanto ao fechamento da cadeia: a) Aberta ou alifática ou acíclica: Quando o encadeamento dos átomos não sofre nenhum fechamento. b) Fechada ou cíclica: Quando há fechamento na cadeia, formando-se um ciclo, núcleo ou anel. @profmessiasnobre 16 Química Prof. Messias Nobre c) Mista: Quando há pelo menos um ciclo e uma extremidade Quanto à disposição dos átomos: a) Normal ou reta: Quando possui duas extremidades livres, ou seja, aparecem apenas carbonos primários e secundários. São cadeias que apresentam apenas duas extremidades. Uma cadeia normal ou reta não precisa obrigatoriamente ser desenhada reta. @profmessiasnobre 17 Química Prof. Messias Nobre b) Ramificada: Quando na cadeia surgem ramos ou ramificações. Possuem pelo menos 1 carbono terciário. São cadeias que possuem mais de duas extremidades. Quanto ao tipo de ligação: a) Saturada: Quando só existem ligações simples entre os átomos de carbono. b) Insaturada: Quando, além das ligações simples, aparecem duplas ou triplas entre os carbonos. Para uma cadeia ser classificada como insaturada, pelo menos 1 ligação pi, obrigatoriamente deverá estar entre carbonos. @profmessiasnobre 18 Química Prof. Messias Nobre Quanto a natureza dos átomos: a) Homogênea: Quando na cadeia só existem átomos de carbono, ou seja, quando não há heteroátomos. b) Heterogênea: Quando na cadeia, além dos átomos de carbono, existem outros átomos (O, S, N, P). Para uma cadeia ser classificada como heterogênea, pelo menos 1 heteroátomo, deverá, obrigatoriamente, estar entre carbonos. Nunca serão heteroátomos: H, F, Cl, Br e I (por serem monovalentes). Poderão ser heteroátomos (desde que estejam entre carbonos): O, S, N e P. As cadeias fechadas ainda podem ser classificadas quanto à presença ou não do anel benzênico. @profmessiasnobre 19 Química Prof. Messias Nobre Com anel benzênico → cadeias aromáticas a) Mononucleares b) Polinucleares b.1) Núcleos isolados b.2) Núcleos condensados Sem anel benzênico → cadeias alicíclicas. @profmessiasnobre 20 Química Prof. Messias Nobre REGRA GERAL DE NOMENCLATURA DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS. De acordo com as regras estabelecidas pela IUPAC, o nome de um composto orgânico é constituído por três partes: @profmessiasnobre 21 Química Prof. Messias Nobre FUNÇÕES ORGÂNICAS HIDROCARBONETOS São compostos que contêm apenas hidrogênio e carbono. Possuem fórmula CxHy. Possuem as seguintes propriedades: a) POLARIDADE: Os hidrocarbonetos são considerados compostos praticamente apolares, logo suas moléculas se mantêm unidas por forças de dipolo induzido. b) PONTOS DE FUSÃO E EBULIÇÃO: Por serem praticamente apolares, os hidrocarbonetos possuem pontos de fusão e de ebulição baixos em relação aos compostos polares. c) SOLUBILIDADE: De acordo com a regra “semelhante dissolve semelhante”, os hidrocarbonetos dissolvem-se apenas em substâncias apolares ou de baixa polaridade. Logo, são insolúveis em água (substância polar). ALCANOS OU PARAFINAS São hidrocarbonetos que possuem cadeia carbônica aberta e saturada. Fórmula geral CnH2n+2 Nomenclatura de alcanos de cadeia normal - Representação de fórmulas PREFIXO + AN + O METANO • Fórmula em ziguezague ou em linha ou bond line: Inviável, pois só há 1 C. A fórmula bond line é aplicável com 3 ou mais carbonos. • Fórmula estrutural condensada: CH4 • Fórmula molecular: CH4 • Fórmula mínima ou empírica: É obtida pela divisão da fórmula molecular, por um número inteiro e diferente de zero. CH4 : 1 = CH4. @profmessiasnobre 22 Química Prof. Messias Nobre Há casos em que não é possível a divisão da fórmula molecular por um número inteiro, nesse caso considera-se a divisão por 1 e, as fórmulas molecular e mínima são iguais. ETANO • Fórmula em ziguezague ou em linha ou bond line: Inviável, pois só há 2 C. A fórmula bond line é aplicável com 3 ou mais carbonos. • Fórmula estrutural condensada: CH3 - CH3 ou CH3CH3 • Fórmula molecular: C2H6 • Fórmula mínima ou empírica: É obtida pela divisão da fórmula molecular, por um número inteiro e diferente de zero. C2H6 : 2 = CH3 Alcenos, Alquenos ou olefinas Os alcenos são hidrocarbonetos alifáticos (de cadeia aberta) que possuemuma dupla ligação entre carbonos (C=C). Nesse caso os carbonos que realizam a dupla possuem hibridização do tipo sp² e geometria trigonal plana. A dupla ligação é constituída de uma ligação do tipo sigma e outra do tipo pi. A fórmula geral dos alcenos é: CnH2n Esses compostos são mais reativos que os alcanos, pois a ligação pi (da dupla ligação) é mais fácil de ser rompida, realizando principalmente reações de adição. Uma dessas reações é a hidratação do eteno, que produz o etanol, sendo muito usada em países em que o cultivo da cana- de-açúcar ou do milho não é economicamente viável: Os alcenos são também chamados de alquenos, hidrocarbonetos etilênicos (porque o menor alceno é o eteno, ou etileno, e todos os outros derivam dele) e de olefinas (porque todos os alcenos de cinco carbonos ou mais são substâncias oleosas). @profmessiasnobre 23 Química Prof. Messias Nobre A nomenclatura desses compostos segue a mesma regra estabelecida para os alcanos, com a única diferença de que, visto que possui uma ligação dupla, ela deve ser indicada pelo infixo “en", no lugar do “an" usado nos alcanos. H2C = CH2: et + en + o → eteno H2C = CH — CH3: prop + en + o → propeno Além disso, se o alceno tiver quatro ou mais átomos de carbono, a cadeia principal deve ser numerada (a que contém a dupla ligação e que possui maior quantidade de átomos de carbono) e deve haver a indicação do número do carbono de onde a dupla ligação está saindo. Isso é feito colocando-se o número menor antes do infixo “en". Lembre-se de que a numeração da cadeia deve começar o mais perto possível da dupla ligação. H2C = CH — CH2 — CH3: but-1-eno H3C — CH = CH — CH3: but-2-eno H3C — CH2 — CH2 — CH = CH — CH3: hex-2-eno @profmessiasnobre 24 Química Prof. Messias Nobre Se o alceno for ramificado, a ramificação deve ser indicada antes do nome da cadeia principal, indicando de qual carbono a ramificação está saindo: 6 5 4 3 2 1 H3C — CH — CH2 — CH = CH — CH3: 5-metil-hex-2-eno ou 5-metilex-eno | CH3 3 4 5 6 7 H3C — CH2 — CH2 — CH — CH2 — CH2 — CH2 — CH3: 3-propil-hept-1-eno ou 3-propilept-1eno | 2CH || 1CH2 Os alcenos raramente ocorrem na natureza, sendo geralmente obtidos pelo craqueamento de alcanos de cadeia longa provenientes do refino do petróleo, ou seja, esses alcanos passam por uma cisão térmica em que uma molécula é quebrada em dois ou mais fragmentos, como mostra o exemplo abaixo: 1 C12H26(l) → 1 C8H18(l) + 1 C2H4(g) dodecano octano eteno O eteno ou etileno é o principal alceno usado industrialmente, ocupando a quinta posição de todos os compostos usados, ficando atrás somente do ácido sulfúrico, óxido de cálcio, amônia e oxigênio. Molécula de eteno ou etileno Na natureza, ele é produzido por diversas frutas, sendo o responsável por seu amadurecimento. É por isso que se pegarmos um cacho de bananas verdes e colocarmos em um recipiente fechado ou cobri-lo com um jornal, como se “aprisionássemos” o gás eteno, as bananas amadurecerão mais rápido. @profmessiasnobre 25 Química Prof. Messias Nobre Outra aplicação importante desse alceno é que ele dá origem a um polímero muito usado em nosso cotidiano, o polietileno: Polimerização do eteno em polietileno Esse polímero é muito usado porque, além de ser de baixo custo, ele tem alta resistência à umidade, ao ataque de substâncias químicas, como solventes em geral, e também é versátil, pois se o polímero formado for de cadeia reta, temos um polímero de alta densidade (PEAD ou HDPE), que é mais rígido e usado na produção de garrafas, brinquedos e outros objetos. Por outro lado, o polietileno de cadeia ramificada é de baixa densidade (PEBD ou LDPE), sendo usado na produção de sacolas, revestimentos de fios, cabos, tubos, embalagens de produtos farmacêuticos, películas plásticas e folhas de embalagens de alimentos. Materiais feitos de polietileno de baixa densidade → Alcinos ou Alquinos São hidrocarbonetos de cadeia aberta que contêm uma ligação tripla entre carbonos (C≡C). Os carbonos que realizam a tripla ligação apresentam hibridização do tipo sp e se comportam como elementos eletronegativos em relação aos demais carbonos da cadeia. Os alcinos em função da tripla ligação são moléculas instáveis, sintetizadas em laboratório por meio do craqueamento de alcanos. Com exceção do acetado, que é razoavelmente solúvel em água e tem odor agradável, os demais alcinos são insolúveis em água, incolores e inodoros (sem cheiro). @profmessiasnobre 26 Química Prof. Messias Nobre A fórmula geral para alcinos é: CnH2n-2 Fórmula do acetileno (etino) Esse composto é um gás pouco solúvel em água, mas bastante solúvel em solventes orgânicos. Ele pode ser obtido colocando o carbeto de sódio ou carbureto (CaC2) para reagir com água. O carbureto pode ser obtido por meio do calcário e de carvão: 1ª etapa: Obtenção do carbureto: Aquecimento do calcário: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) Aquecimento do óxido de cálcio com o carvão: CaO(s) + 3C(s) → CaC2(s) + CO(g) 2ª etapa: Produção do acetileno: CaC2(s) + 2 H2O(l) → C2H2(g) + Ca(OH)2(aq) Antigamente, esse gás era muito usado em lanterna para exploração de cavernas, chamadas de lanternas de carbureto. Mas tinha o inconveniente do cheiro exalado ser desagradável. O acetileno é um gás tóxico que pode causar dores de cabeça e dificuldades respiratórias. Hoje suas principais aplicações são em maçaricos de oxiacetilênicos, pois, ao entrar em combustão, produz uma chama azul que chega a 3000ºC que é usada para soldar e cortar metais; além de ser matéria-prima na produção de fibras têxteis, borrachas sintéticas e plásticos, tais como os polímeros PVA (poliacetato de vinila - usado na produção de cola e gomas de mascar) e PVC (policloreto de vinila – usado em tubos para encanamento de água e esgoto, fraldas, cortinas, toalhas de mesa, sapatos e roupas de couro sintético, película para embalar alimentos, bandejas etc). @profmessiasnobre 27 Química Prof. Messias Nobre → Alcadienos ou dienos São moléculas de carbono e hidrogênio que possuem duas duplas ligações entre carbonos. Perceba que o termo “alcenos” refere-se a um hidrocarboneto com uma dupla ligação. Já “alcadienos” indica duas duplas ligações. A fórmula geral para alcadienos é: CnH2n-2 É a mesma fórmula geral dos alcinos, por isso pode acontecer isomeria (mesma fórmula molecular para estruturas diferentes) de função entre esses dois hidrocarbonetos. Alcadienos são compostos apolares, classificados de acordo com a posição das instaurações. - Dienos acumulados: as insaturações ocorrem em carbonos vizinhos. Ex: CH2=C=CH2 - Dienos isolados: as insaturações são separadas por no mínimo dois carbonos. Ex: CH2=CH-CH2-CH=CH2 - Dienos conjugados: as insaturações são intercaladas por um carbono com ligação simples. Ex: CH2=CH-CH=CH2 O isopreno é o alcadieno que mais se destaca, por ser encontrado em diversos compostos naturais, como borrachas de seringueiras, carotenoides e óleos essenciais. A nomenclatura dos dienos é igual à dos alcenos, com a única diferença de que, em vez de uma ligação dupla, há duas, então, o infixo é “dien” no lugar de “en”. Além disso, a localização das duas insaturações deve ser colocada antes de “dien”, e a numeração da cadeia principal deve ser feita a partir dos menores números possíveis nas ligações duplas. @profmessiasnobre28 Química Prof. Messias Nobre Exemplos: H2C = C = CH2: propadieno (acrescentou-se o “a” depois do prefixo “prop” para a palavra apresentar boa sonoridade); H2C = CH — CH2 — CH = CH2: pent-1,4-dieno H3C — HC = C = CH — CH3: pent-2,3-dieno H2C = CH — CH = CH — CH3: pent-2,4-dieno Ramificados: CH3 | H2C = C — CH = CH2: 2-metilbut-1,3-dieno CH3 | CH3 — CH2 — CH = CH — CH — CH = CH2: 3-metil-hept-1,4-dieno Na natureza não existem alcadienos simples, mas eles são produzidos em indústrias petroquímicas para serem destinados para a fabricação de polímeros e borrachas sintéticas. O isopreno (2-metilbut-1,3-dieno) é o alcadieno de maior importância, pois ele pode unir-se de diversas formas para formar os terpenos. @profmessiasnobre 29 Química Prof. Messias Nobre Os terpenos são importantes em três sentidos principais: Óleos essenciais: Os terpenos estão presentes em óleos essenciais extraídos de sementes, flores, raízes, folhas, madeira, cascas de frutas, entre outros. Eles possuem cheiro muito agradável e são usados em cosméticos e perfumes. Um exemplo é o limoneno encontrado na casca do limão e da laranja mostrado a seguir: Cores: A cor alaranjada tão intensa da cenoura e de outros vegetais ocorre pela presença do betacaroteno, um terpeno capaz de absorver a cor verde-azulada, que tem comprimentos de onda entre 400 e 500 nm e reflete a sua cor complementar, que é o amarelo-alaranjado. Ela consegue absorver esses comprimentos de onda exatamente porque tem duplas ligações conjugadas, sendo assim, os elétrons têm uma mobilidade maior, o que, nesse caso, corresponde ao comprimento de onda do verde-azulado. @profmessiasnobre 30 Química Prof. Messias Nobre Borracha: o látex das seringueiras contém um polímero natural chamado de poli-isopreno, pois é resultado da adição sucessiva de várias unidades de isopreno. Essa seiva é extraída e usada na produção da borracha natural. Hidrocarbonetos cíclicos Os hidrocarbonetos cíclicos são classificados de acordo com a insaturação da cadeia. Como são hidrocarbonetos de cadeias fechadas, costuma-se representar a molécula em forma de polígonos, e cada um dos vértices da figura geométrica representa um carbono. A estabilidade das cadeias carbônicas fechadas varia conforme a insaturação e tamanho da cadeia. O que explica essa questão é a teoria das tensões dos anéis, que afirma que as ligações são flexionadas para formação dos anéis. Sendo assim, anéis com três ou quatro carbonos terão uma tensão maior e, portanto, estarão mais propensos a se romper que anéis de cadeias carbônicas maiores. A principal fonte de obtenção é o petróleo e o gás natural, mas também podem ser encontrados em óleos e ceras. O ponto de fusão dos hidrocarbonetos de cadeia fechada varia conforme a presença ou não de ramificações. Hidrocarbonetos ramificados, por terem uma menor superfície de contato entre uma molécula e outra, apresentam menor ponto de fusão. → Ciclanos Os ciclanos ou cicloalcanos ou ainda cicloparafinas são hidrocarbonetos saturados e de cadeia fechada. Possuem características físico-químicas semelhante às dos alcanos e dos alcenos, pois possuem a mesma fórmula geral dos ciclanos. CnH2n @profmessiasnobre 31 Química Prof. Messias Nobre A nomenclatura dos cicloalcanos é realizada de forma semelhante à dos alcanos, com a única diferença de que, antes do nome, vem a palavra “ciclo”, isto é: Se o ciclano for ramificado, basta colocar o nome da ramificação antes da palavra ciclo: @profmessiasnobre 32 Química Prof. Messias Nobre Os dois ciclanos mais simples (ciclopropano e ciclobutano) são gases em condições ambientes. Os que contêm de cinco a nove átomos de carbono são líquidos, e os que possuem dez ou mais carbonos são sólidos. Com o aumento da cadeia, os pontos de fusão e ebulição também são aumentados, porque quanto maior o anel, mais estável ele é e mais energia é necessária para rompê-lo. Os seus pontos de fusão e ebulição em comparação com os dos alcanos são ligeiramente mais elevados. Esses compostos são apolares ou fracamente polares, por isso, não são solúveis na água, que é polar, mas são solúveis em solventes apolares ou fracamente polares como o tetracloreto de carbono ou o éter. Os cicloalcanos também são chamados de hidrocarbonetos naftênicos, em virtude da sua principal fonte que é o petróleo de base naftênica, principalmente os petróleos de origem caucasiana e americana. Na indústria, os ciclanos costumam ser obtidos a partir dos hidrocarbonetos de cadeia aberta oriundos do petróleo ou por meio de reações de hidrogenação catalítica de hidrocarbonetos aromáticos ou de cicloalcenos. O ciclopropano e o ciclopentano são anestésicos usados em cirurgias. Já o clico-hexano é usado como solvente e removedor de tintas e vernizes e como combustível, além de ser matéria-prima na fabricação de alguns produtos importantes, como na produção de ácido adípico, que é usado para produzir o náilon. Ilustração de moléculas de cicloalcanos (ciclopropano, ciclopentano e ciclo-hexano) @profmessiasnobre 33 Química Prof. Messias Nobre → Ciclenos Hidrocarbonetos de cadeia fechada que apresentam uma única ligação dupla, assim como os alcenos. Alguns ciclenos possuem odor agradável, como o pineno e alfapineno, que são da classe dos terpenos, compostos produzidos pelo metabolismo secundário dos vegetais para proteção e equilíbrio biótico. A estabilidade de um cicleno depende da existência ou não de uma ramificação em um dos átomos de carbono que realiza a dupla ligação. Quando houver uma ramificação, a molécula será mais estável, em função da blindagem espacial causada pelo radical. Se uma molécula da função cicleno for submetida a altas temperaturas, ela pode ter sua ligação dupla quebrada, formando assim um ciclano, ou passar por uma reação de adição, formando um álcool ou haleto orgânico. A fórmula geral para ciclenos é: CnH2n-2 Características físicas e químicas dos ciclenos Em termos de características físicas e químicas, são compostos que apresentam as seguintes propriedades: Incapazes de realizar ligações de hidrogênio; Insolúveis em água; Os ciclenos não ramificados apresentam ponto de fusão e de ebulição maiores do que os dos ciclenos ramificados; A estabilidade da molécula do cicleno depende de os carbonos da dupla apresentarem ou não ramificações. Se apresentarem ramificações, o cicleno será mais estável; Sob a ação de calor, podem ter sua ligação pi rompida e formarem compostos como ciclanos, álcoois e haletos orgânicos. Nomenclatura dos ciclenos Para realizar a nomenclatura de um cicleno, segue-se esta regra estabelecida pela IUPAC: Ciclo + prefixo referente + eno ao número de carbonos @profmessiasnobre 34 Química Prof. Messias Nobre Cicloexeno Analisando a cadeia, verificamos a presença de seis carbonos (um em cada uma das pontas). Logo, o prefixo a ser utilizado após o termo ciclo é o hex ou apenas ex. Dessa forma, o nome do composto é cicloexeno. Observação: Podemos encontrar ciclenos que apresentem em suas fórmulas estruturais a presença de ramificações. Caso o cicleno seja ramificado, o nome de cada ramificação deverá ser escrito em ordem alfabética antes do termo ciclo. Como o nome de cada ramificação deve apresentar o número do carbono onde ela está localizada, devemos numerar a cadeia do cicleno sempre a partir dos carbonos da dupla. Assim, os carbonos da dupla sempre deverão receber as posições 1 e 2. Veja três exemplos de ciclenos ramificados: @profmessiasnobre35 Química Prof. Messias Nobre 3-metilciclobuteno Essa cadeia apresenta quatro átomos de carbono na sua estrutura fechada. Por isso, utilizamos o prefixo but após o termo ciclo. Fora do ciclo, há um grupo CH3 (metil). É necessário numerar a cadeia a partir do carbono acima da dupla ligação e seguir a numeração no sentido horário. Logo, o metil estará localizado no carbono 3 da cadeia. 1-etil-2-metilciclobuteno A cadeia principal é a parte fechada e apresenta quatro carbonos; logo, seu prefixo é but. Externamente à cadeia fechada, há duas ramificações, um metil e um etil. A numeração da cadeia sempre é feita pelos carbonos da dupla (carbonos 1 e 2), mas, nesse exemplo, o carbono 1 da dupla é o que apresenta o etil, já que essa ramificação é escrita primeiro para obedecer à ordem alfabética. 1,4 dimetilcicloexeno Nesse cicleno, a cadeia principal é a parte fechada e apresenta seis carbonos; logo, seu prefixo é hex. Externamente à cadeia fechada, há duas ramificações do tipo metil. A numeração da cadeia sempre é feita pelos carbonos da dupla (carbonos 1 e 2), mas para proporcionar os menores @profmessiasnobre 36 Química Prof. Messias Nobre números possíveis para os radicais, é necessário começar pelo carbono acima da dupla e seguir pelo sentido anti-horário, pois, se iniciarmos pelo carbono abaixo da dupla e seguirmos pelo sentido anti-horário, teremos as posições 1 e 5. → Ciclinos Ciclinos, também chamados de cicloalquinos ou cicloalcinos, são hidrocarbonetos de cadeia fechada, insaturados, com a presença de uma tripla ligação na cadeia. São compostos instáveis e sintéticos, ou seja, não são encontrados livres na natureza. Devido à instabilidade da molécula, não há aplicações viáveis para esse composto. Sua fórmula geral é: CnH2n-4 → Aromáticos A composição básica de um hidrocarboneto aromático é o benzeno, estrutura cíclica com seis carbonos e com duplas ligações que se alternam, fenômeno chamado de ressonância. Pode ocorrer aromaticidade em compostos com menos carbonos ou até com a presença de heteroátomos, como na molécula de furano. Vamos nos ater aqui aos hidrocarbonetos aromáticos. Em hidrocarbonetos aromáticos, pode ocorrer a fusão de anéis benzênicos, originando, assim, outros compostos, como o naftaleno, molécula composta por dois anéis aromáticos, ou ainda o antraceno, que é formado por três anéis benzênicos. Podem acontecer ainda substituições de radicais do benzeno, formando, por exemplo, o tolueno. @profmessiasnobre 37 Química Prof. Messias Nobre Os compostos aromáticos apresentam-se geralmente em estado líquido, e o termo “aromático” dado aos compostos se deve ao odor forte e característico de vários compostos da classe. São utilizados como combustíveis para aviões, aditivos para aumento da octanagem dos motores, matéria-prima para borrachas sintéticas, fertilizantes e explosivos. São, em sua maioria, cancerígenos. Os hidrocarbonetos aromáticos não seguem regras de nomenclatura como os demais hidrocarbonetos, pois cada estrutura aromática tem uma nomenclatura específica. Benzeno O benzeno é um hidrocarboneto base para compostos orgânicos aromáticos. Ele foi descoberto por August Kekulé, que, inspirado por um sonho, descreveu, em 1866, a estrutura que conhecemos hoje. É utilizado em combustíveis automotivos, para aumentar a potência dos motores, e como reagente para obtenção de outras substâncias químicas. O uso do benzeno é controlado, pois trata-se de um agente tóxico, causador de problemas, como enjoos, irritações na pele e até câncer. A nomenclatura para hidrocarbonetos aromáticos, ou seja, que contenham pelo menos um benzeno é dada por localização do radical (quando houver mais de um) + nome do radical + benzeno. Características e propriedades do benzeno Hidrocarboneto fechado, insaturado. Possui seis carbonos realizando ligações simples e duplas de forma alternada. A estrutura de um benzeno tem forma de um hexágono. Ponto de fusão: 5,5°C. Ponto de ebulição 80,1°C. Composto altamente volátil (tendência a entrar no estado gasoso). Massa molar: 78,11 g/mol. Densidade: 0,88 g/cm³ (menor que a densidade da água). https://www.manualdaquimica.com/quimica-organica/hidrocarbonetos.htm https://www.manualdaquimica.com/quimica-organica/aromaticos.htm @profmessiasnobre 38 Química Prof. Messias Nobre Benzeno é um composto apolar devido à distribuição uniforme das cargas, proporcionada pela ressonância da molécula. Solúvel em solventes orgânicos. Quimicamente falando, o benzeno é um composto estável, apesar das insaturações na molécula, isso se deve à ressonância das ligações. É mais propenso a realizar reações de substituição do que de adição. Fórmula do benzeno A fórmula estrutural do benzeno é de um hexágono que apresenta em cada vértice um carbono ligado a um hidrogênio, o que resulta na fórmula molecular C6H6. As ligações entre os carbonos alternam-se entre simples e dupla. Para esse composto, existem três diferentes formas de representação estrutural, veja a imagem a seguir: Nomenclatura de compostos com benzeno A nomenclatura para compostos que possuem benzeno segue as regras estabelecidas pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) para os hidrocarbonetos. O nome do composto será composto por: Nome do radical + benzeno Quando for mais de um radical, deve-se indicar a localização dos radicais e deve ser utilizada ordem alfabética. → Nome dos radicais substituintes A nomenclatura para radicais é formada pelo prefixo indicativo da quantidade de carbonos e pela terminação -il ou -ila. https://www.manualdaquimica.com/quimica-organica/nomenclatura-iupac.htm @profmessiasnobre 39 Química Prof. Messias Nobre Prefixos: • Met – 1 carbono • Et – 2 carbonos • Prop – 3 carbonos • But – 4 carbonos • Pent – 5 carbonos → Localização dos radicais A localização deve ser indicada pelo número do carbono em que ocorre a substituição. Só é necessário deixar explícito a posição quando tiver mais de um radical. Para benzenos com duas substituições, teremos nomes específicos para o posicionamento que podem ser usados no lugar dos numerais: • Substituições nos carbonos 1,2: orto • Substituições nos carbonos 1,3: meta • Substituições nos carbonos 1,4: para @profmessiasnobre 40 Química Prof. Messias Nobre Onde o benzeno é encontrado? O benzeno pode ser encontrado em alguns processos naturais, como em: atividades vulcânicas, queimadas florestais, no alcatrão de hulha (a madeira fossilizada e transformada em carvão). E também em atividades antrópicas, como em: subproduto do refino do petróleo, queima de cigarros, principal produto da reação de combustão do policloreto de vinila, conhecido como PVC (um dos plásticos mais produzidos no mundo). Para que serve o benzeno? A maior utilização industrial do benzeno é como reagente para obter-se outras substâncias químicas, como o hidrocarboneto aromático tolueno, também conhecido como metilbenzeno ou ainda toluol, que é aplicado na produção de trinitrotolueno (TNT) que, por sua vez, é usado para fabricação de explosivos, tintas e materiais fotográficos. A seguir, está apresentada a reação de substituição que acontece com o metilbenzeno para que se torne o trinitrotolueno. Esta reação é feita utilizando ácido sulfúrico (H2SO4) como catalisador: https://www.manualdaquimica.com/curiosidades-quimica/acido-sulfurico.htm https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/catalisador.htm @profmessiasnobre 41 Química Prof. Messias Nobre Benzenos com duas substituições de CH4, ou seja, dois radicais metil, são chamados xilenos, sendo três tipos de xilenodevido às diferentes posições para os radicais, veja a imagem a seguir: Os xilenos são utilizados comercialmente em indústrias de tintas, vernizes e pigmentos têxteis, possuem maior tempo de secagem que o metilbenzeno, são também excelentes solventes de resinas, com menor potencial volátil. Além disso, o benzeno é aplicado a combustíveis automotivos para aumentar a octanagem, otimizando, assim, o desempenho do motor. Intoxicação pelo benzeno O benzeno é uma substância de alto potencial tóxico. No Brasil, o teor máximo de benzeno permitido em produtos finais é 0,1%, e a concentração máxima de benzeno aplicado em combustível automotivo é de 10ml para cada litro. Por ser um composto muito volátil, a principal forma de intoxicação do benzeno é por inalação. A exposição a curto prazo pode causar náuseas, estomatites, taquicardia, tontura, vertigens e sonolência. Já a exposição a longo prazo pode causar alterações genéticas e cancro, que é o crescimento desordenado de células que se desenvolve em tumores malignos. O manuseio inadequado do benzeno, sem auxílio de equipamento de proteção individual (EPI) é um risco, pois, quando em contato com a pele e olhos, causa irritação e ardência e se for ingerido pode causar danos aos pulmões. Estudos mostram que trabalhadores que têm contato frequente com o benzeno estão propensos a desenvolver leucemia mieloide aguda, que é um tipo de câncer. A Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (IARC) classificou o benzeno como agente cancerígeno humano, do grupo 1. @profmessiasnobre 42 Química Prof. Messias Nobre Ícones de aviso para riscos agregados ao uso do benzeno. Curiosidades sobre o benzeno ✓ A estrutura final do benzeno foi dada por August Kekulé em 1866 após um sonho, em que serpentes giravam mordendo a própria calda, o cientista associou o sonho aos seus estudos, e chegou à conclusão de que se tratava de um composto, cíclico e aromático. ✓ No século IX, o benzeno era utilizado na fabricação de loção pós-barba devido ao aroma agradável que a substância agregava ao produto. ✓ Em 1970, mortes causadas por leucemia foram associadas ao benzeno que era utilizado na fabricação de um material chamado pliofilm utilizado em capas de chuva. Haletos Orgânicos Os haletos orgânicos são compostos derivados da substituição de um ou mais hidrogênios de hidrocarbonetos pela mesma quantidade de halogênios (elementos da família 17 (ou VII A) da Tabela Periódica). Geralmente, os halogênios são representados pela letra X. Assim, seu grupo funcional é dado por: @profmessiasnobre 43 Química Prof. Messias Nobre X | — C — , sendo que: X = F, Cl, Br e I. | Observe que apesar de o astato (At) também ser membro da família dos halogênios, ele não apareceu na indicação acima porque ele é um elemento radioativo, cujo isótopo mais estável tem meia-vida de pouco mais de 8 horas, o que torna o seu aproveitamento muito difícil. Os haletos podem ser classificados de quatro formas: 1. Quanto ao número de halogênios ligados à cadeia carbônica: podem ser mono-haletos, di- haletos, tri-haletos etc.; 2. Quanto ao tipo de halogênio presente na molécula: podem ser fluoretos, cloretos, brometos, iodetos ou mistos (se houver mais de um tipo de halogênio); 3. Quanto ao tipo de carbono a que o haleto está ligado diretamente: podem ser primários, secundários ou terciários; @profmessiasnobre 44 Química Prof. Messias Nobre 4. Quanto ao tipo de cadeia carbônica a que o halogênio está ligado diretamente, podendo ser: 4.1 – Haleto de alcoíla ou alquila: Se o halogênio estiver ligado a um carbono saturado de uma cadeia aberta, como em todos os exemplos anteriores; 4.2 - Haleto de arila: Se o halogênio estiver ligado diretamente a um anel benzênico. A nomenclatura oficial dos haletos orgânicos segue a seguinte regra: @profmessiasnobre 45 Química Prof. Messias Nobre O prefixo “mono” praticamente não é usado. Observe que o halogênio é considerado como um substituinte, assim, se a cadeia for insaturada, a numeração dela começará o mais próximo da insaturação, e não do halogênio. Além disso, se houver uma ramificação, ela terá o mesmo peso que o halogênio no momento da numeração da cadeia. Assim, para decidir em qual extremidade deverá começar a numerar, leve em conta a regra dos menores números, isto é, a numeração que levar aos menores números na nomenclatura é a correta. A maioria dos haletos é organoclorada e eles foram alvo de muitas polêmicas em virtude dos ataques que muitos deles sofreram por ambientalistas que afirmam que essas substâncias representam um perigo para o meio ambiente, principalmente o inseticida DDT. Por isso, alguns haletos orgânicos, que antes eram utilizados, foram abandonados. Já outros, como o gás lacrimogênio e alguns pesticidas, ainda são utilizados. Veja alguns exemplos de haletos orgânicos que foram usados em nossa sociedade: Clorofórmio (HCCl3 – triclorometano): Ele era muito usado antigamente como anestésico em cirurgias, porém, descobriu-se que ele pode causar parada respiratória e danos irreparáveis ao fígado e, por isso, deixou de ser usado com essa finalidade. O clorofórmio era usado como anestésico por inalação O “lança-perfume” contém clorofórmio, podendo levar a pessoa à dependência e gerar danos irreparáveis ao organismo, tais como irritação na pele, olhos e trato respiratório; pode causar queimaduras na boca e garganta, dor no peito, vômitos, atinge o sistema nervoso central, sistema cardiovascular e fígado, além de poder levar ao câncer. @profmessiasnobre 46 Química Prof. Messias Nobre Atualmente, ele é mais usado como solvente orgânico. CFC (Clorofluorcarbonetos, também conhecidos como Fréons®): Eles são formados por moléculas do tipo metano (CH4) e etano (H3C - CH3). Seus átomos de hidrogênio são substituídos por átomos de cloro e flúor. Os principais CFCs são CCl3F (nome comercial CFC-11), CCl2F2 (CFC-12), CClF2CClF2 (CFC-114) e CClF2CF3 (CFC-115). Os CFCs eram produzidos principalmente para serem usados em compressores para refrigeração doméstica (por exemplo, em geladeiras), para expansão de polímeros e em produtos do tipo spray. Porém, eles vêm sendo gradativamente substituídos por outros compostos, pois os CFCs lançados na atmosfera são os principais responsáveis pela destruição da camada de ozônio. Os CFCs presentes em aerossóis causam a destruição da camada de ozônio DDT (dicloro-difenil-tricloetano): Esse composto passou a ser muito utilizado como inseticida durante a Segunda Guerra Mundial. Apesar de controlar a proliferação de insetos transmissores de tifo, malária e febre amarela, esse inseticida passou a ser proibido em muitos países por causa da sua potencial toxidade para a cadeia alimentar. Molécula de DDT (dicloro-difenil-tricloroetano) Os que atacam o uso desse inseticida apontam como principais alegações para a sua proibição as mencionadas abaixo: @profmessiasnobre 47 Química Prof. Messias Nobre Pode causar a morte de pássaros, tornar mais fina a casca de seus ovos e levar à extinção de algumas espécies; Não pode ser eliminado do meio ambiente; Por efeito acumulativo, o DDT pode chegar até os seres humanos e causar câncer. Os que defendem o seu uso dizem que essas alegações não têm comprovação e basta usar o DDT de modo controlado. FUNÇÕES OXIGENADAS As funções oxigenadas são formadas por compostos orgânicos que, além de apresentarem átomos de carbono e hidrogênio, possuem grupos funcionais com a presença do oxigênio. Veja os principais exemplos: ✓ Álcoois: possuem a hidroxila (OH) ligada a um carbono saturado (carbono que realiza somente ligações simples). O composto mais importante desse grupo é oetanol usado como combustível, para desinfecção, em bebidas alcoólicas e perfumes, entre outras aplicações. ✓ Cetonas: seu grupo funcional é a carbonila (C = O) entre dois carbonos/carbonila secundária. A acetona ou propanona é muito utilizada como solvente de tintas, vernizes e esmaltes, inclusive os de uso cosmético. ✓ Aldeídos: seu grupo funcional é a carbonila (C = O) ligada a um hidrogênio/carbonila primária. O aldeído de maior aplicação é o metanal, cuja solução a cerca de 40% é conhecida como formol, que é usado como conservante de cadáveres e desinfetante. Infelizmente, o formol tem sido usado ilegalmente em escovas progressivas para alisar os cabelos. ✓ Ácidos carboxílicos: são caracterizados pelo grupo carboxila (COOH) na extremidade da cadeia/primária na cadeia carbônica. O ácido metanoico ou fórmico é o responsável pela dor intensa sentida na picada da formiga vermelha. Já o ácido etanoico ou acético é o principal constituinte do vinagre. ✓ Ésteres: são formados pela substituição do hidrogênio do grupo carboxila (COOH) por um grupo alquila ou arila. Os ésteres possuem uma grande importância prática, como na produção de flavorizantes (compostos produzidos artificialmente que conferem odor e sabor aos alimentos industrializados, como balas, bolos, sorvetes, refrigerantes etc). ✓ Éteres: são compostos orgânicos que possuem o oxigênio entre dois carbonos (C – O – C). O éter comum (etoxietano) já foi usado como anestésico em cirurgias, mas em razão de seus riscos, esse uso foi abandonado. Atualmente ele é mais usado como solvente apolar inerte em reações orgânicas, principalmente na extração de essências, perfumes, óleos, gorduras, entre outros. @profmessiasnobre 48 Química Prof. Messias Nobre Álcoois Os álcoois são substâncias que possuem o grupo hidroxila (OH) ligado a um átomo de carbono saturado. Portanto, o seu grupo funcional é: OH | —C— | Observe que o carbono ao qual a hidroxila está ligada tem que ser saturado, ou seja, realizar apenas ligações simples com outros átomos de carbono ou hidrogênio, pois se tal carbono apresentar uma dupla ligação com outro carbono, então não teremos um álcool, mas sim um enol. Além disso, se a hidroxila estiver ligada a um anel aromático, teremos um fenol. Compostos que não são álcoois, mas sim um enol e fenol Os álcoois são produzidos a partir da substituição de um hidrogênio da molécula de água por um radical orgânico: Classificação dos álcoois Quantidade de hidroxilas ligadas à cadeia carbônica: ✓ 1 OH: Monoálcool ou monol; OH | H3C — CH2 — CH3 @profmessiasnobre 49 Química Prof. Messias Nobre ✓ 2 OH: Diálcool, diol ou glicol; OH | H3C — CH — CH2— CH2 — CH2 — OH ✓ 3 OH: Triálcool ou triol; OH | HO — CH2 — CH — CH2— OH ✓ Alcoóis com mais de uma hidroxila: Poliálcoois ou poliois. Tipo de carbono ligado à hidroxila: ✓ Carbono primário (ligado a apenas um átomo de carbono): Álcool primário OH | H3C — CH2 ✓ Carbono secundário (ligado a dois átomos de carbono): Álcool secundário OH | H3C — CH— CH2 — CH2 — CH3 ✓ Carbono terciário (ligado a três átomos de carbono): Álcool terciário OH | H3C — C — CH2 — CH3 | CH3 Lembrando-se de que os álcoois não podem apresentar mais de uma hidroxila ligada a um mesmo átomo de carbono. @profmessiasnobre 50 Química Prof. Messias Nobre Nomenclatura dos álcoois A nomenclatura dos álcoois, segundo a IUPAC, é feita basicamente seguindo a regra abaixo: @profmessiasnobre 51 Química Prof. Messias Nobre A cadeia principal é sempre a que possui a hidroxila. Se houver insaturação (ligações duplas ou triplas entre carbonos), ramificações ou mais de uma possibilidade para a localização da hidroxila, é necessário colocar o número do carbono onde estão localizadas. O álcool mais simples é o metanol (H3C — OH), conhecido também como álcool metílico, que pode ser obtido através da destilação da madeira. Ele já foi usado como combustível, mas é muito perigoso, visto que é inflamável e sua chama é invisível a olho nu, o que dificulta o controle de incêndios. É também tóxico, podendo levar à cegueira e à morte. O etanol (H3C — CH2 — OH) é o principal álcool, sendo usado como combustível obtido principalmente por fermentação de açúcares e cereais, da cana-de-açúcar, de beterraba, milho, arroz etc. Outros usos do etanol são em antissépticos, como solvente de tintas, vernizes, perfumes, como matéria-prima na obtenção de vários compostos orgânicos, como acetaldeído, ácido acético e éter comum; e em bebidas alcoólicas. Nomenclatura usual dos álcoois Os compostos orgânicos muitas vezes recebem uma nomenclatura de uso comum, mas que não corresponde às regras oficiais estabelecidas pela IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada). Os sistemas não oficiais ainda são muito comuns no cotidiano, portanto é bom entender como funcionam. No caso dos álcoois existem dois tipos de nomenclaturas usuais, os quais veremos a seguir: 1. A primeira nomenclatura usual dos álcoois que iremos citar e que é a mais comum segue a seguinte regra: Observe que, nesse caso, a cadeia carbônica é considerada como um substituinte ligado ao grupo característico dos álcoois, o OH. 2. Nomenclatura usual de Kolbe: Esse cientista chamava o metanol (H3C - OH) de carbinol e os seus ligantes são considerados radicais. Assim, temos: @profmessiasnobre 52 Química Prof. Messias Nobre Essas nomenclaturas usuais servem apenas para monoálcoois e não são utilizadas quando se tratam de compostos de álcoois mais complexos, como álcoois insaturados, com ramificações e poliálcoois Propriedades dos Álcoois Para entender essa utilização e outras, vejamos as principais propriedades dos álcoois: Força intermolecular: As moléculas dos álcoois são atraídas umas às outras por meio de ligações de hidrogênio: o tipo de força intermolecular mais intenso que existe. As ligações de hidrogênio ocorrem quando um átomo de hidrogênio se liga a um átomo de flúor, oxigênio ou nitrogênio, que são elementos fortemente eletronegativos. No caso dos álcoois, o hidrogênio se liga ao oxigênio. Abaixo temos ligações de hidrogênio que ocorrem na água: @profmessiasnobre 53 Química Prof. Messias Nobre Essa força de interação molecular dos álcoois explica outras de suas propriedades, como a solubilidade, a polaridade e os pontos de fusão e ebulição. Pontos de fusão e ebulição: São elevados, pois as ligações de hidrogênio que as moléculas dos álcoois realizam umas com as outras são forças eletrostáticas muito intensas. Portanto, precisa-se de muita energia para romper essas ligações. Os monoálcoois possuem pontos de ebulição menores que os poliálcoois, pois quanto mais grupos OH, mais ligações de hidrogênio haverá. Um aspecto interessante é que quando se mistura 95% de etanol com 5% de água, forma-se uma mistura azeotrópica, o que significa que ela se comporta como uma substância pura no momento da ebulição, sendo que a temperatura de ebulição se mantém constante em 78,15 ºC, ao nível do mar, até que toda mistura passe para o estado gasoso. Os pontos de ebulição separados da água e do etanol são, respectivamente,100ºC e 78,3 ºC, ao nível do mar. Não é possível separar essa mistura por meio de uma destilação simples, é preciso um processo químico, no qual se adiciona cal virgem (CaO), que reage com a água, formando cal extinta, que é insolúvel no etanol. Depois é só realizar uma filtração. Polaridade: Os álcoois possuem uma parte da molécula polar (a parte que possui o grupo OH) e outra apolar (a cadeia carbônica): As moléculas que possuem poucos átomos de carbono na cadeia tendem a ser polares. Mas conforme a cadeia carbônica vai aumentando, ela tende a ser apolar. Além disso, os poliálcoois são mais polares que os monoálcoois. Solubilidade: Os álcoois de cadeia curta, que possuem maior tendência polar, são bastante solúveis em água, porque suas moléculas realizam ligações de hidrogênio com as moléculas de água. Conforme aumenta o tamanho da cadeia carbônica e a tendência apolar, os álcoois vão ficando insolúveis em água. Monoálcoois com 4 ou 5 carbonos na cadeia são praticamente insolúveis em água. Porém, os poliálcoois possuem mais hidroxilas que realizam ligações de hidrogênio com as @profmessiasnobre 54 Química Prof. Messias Nobre moléculas de água. Assim, mesmo possuindo uma cadeia carbônica maior, quanto mais hidroxilas o poliálcool apresentar, mais solúvel em água ele é. Visto que o etanol mostrado no item anterior tem uma parte polar e uma parte apolar, ele se dissolve tanto na água, que é polar, quanto na gasolina, que é apolar. É por isso que, conforme já mencionado, o etanol pode ser usado como aditivo em gasolinas. Além disso, o etanol combustível possui uma parte de água em sua constituição. O álcool etílico a 70%, que usamos como antisséptico e desinfetante, possui 70% de etanol e 30% de água. O etanol é infinitamente solúvel em água em virtude das ligações de hidrogênio: Estado físico: Os monoálcoois de 12 carbonos ou menos são líquidos; acima disso, são sólidos. Os poliálcoois com 5 carbonos ou menos são líquidos, e com 6 carbonos ou mais são sólidos. A viscosidade dos álcoois aumenta se o número de hidroxilas aumentarem. Densidade: A maioria dos monoálcoois é menos densa que a água líquida. Para citar um exemplo, a densidade do álcool é de 0,79 g/cm3, sendo que a da água é maior (1,0 g/cm3). A título de comparação, a densidade do gelo é 0,92 g/cm3, mais denso que o álcool, porém, menos denso que a água. É por isso que um cubo de gelo flutua sobre a água, mas afunda em alguma bebida alcoólica: Os poliálcoois, por sua vez, são mais densos que a água. @profmessiasnobre 55 Química Prof. Messias Nobre Enóis O esquema genérico da estrutura do seu grupo está representado abaixo: Muitas vezes um enol é confundido com outros dois grupos funcionais orgânicos, que são: álcoois e fenóis. Observe as diferenças entre eles a seguir: Álcoois: diferentemente dos enóis, os álcoois têm a hidroxila ligada em um carbono saturado, isto é, que só faz ligações simples. Fenóis: no caso dos fenóis, a hidroxila está ligada diretamente ao anel benzênico. Note que apesar de o carbono ser insaturado, nos enóis a cadeia tem que ser aberta. O enol é um composto instável, podendo ser convertido facilmente em cetona ou aldeído. A presença dos enóis se dá principalmente no fenômeno isomérico da tautomeria, em que cetonas ou aldeídos se encontram em equilíbrio com os enóis. O que ocorre é que a ligação dupla entre o oxigênio e o carbono da cetona ou do aldeído pode migrar para o átomo de carbono vizinho. Assim, o hidrogênio deste carbono se desloca, ligando-se ao oxigênio da função orgânica e tornando-se um enol. Observe como isso ocorre nos equilíbrios abaixo: @profmessiasnobre 56 Química Prof. Messias Nobre O enol pode ser obtido também pela substituição de hidrogênios de carbonos de hidrocarbonetos com a dupla ligação, pelo grupo hidroxila (-OH). Fenóis Os fenóis são compostos orgânicos caracterizados pela presença de uma hidroxila (OH) ligada a um anel aromático, como mostrado a seguir: Essa é a fórmula do fenol mais simples, o hidroxibenzeno ou benzenol. Para entender como é realizada a nomenclatura desses compostos, leia o texto Nomenclatura dos fenóis. @profmessiasnobre 57 Química Prof. Messias Nobre Muitas pessoas costumam confundir os álcoois com os fenóis e os enóis. A diferença é que os álcoois são caracterizados pela hidroxila ligada a carbonos saturados (que realizam ligações simples), todavia, nos enóis, a hidroxila está ligada a carbonos insaturados (que realizam ligações duplas) em cadeias abertas. Dependendo da quantidade de hidroxilas ligadas ao anel aromático, o fenol pode ser classificado em monofenol (1 OH), difenol (2 OH), trifenol (3 OH) e assim por diante. A fonte específica dos fenóis na natureza é o alcatrão de hulha. A hulha é um tipo de carvão que possui alta concentração de carbono. Ela passa por uma destilação a seco que dá origem a três frações, e uma delas é o alcatrão de hulha. Este, por sua vez, é submetido a uma destilação fracionada que resulta em cinco partes, em que duas delas, os óleos médios e os óleos pesados, possuem quantidades razoáveis de fenóis (principalmente os óleos médios). Hulha – fonte de fenóis Os fenóis são sólidos em condições ambientes, com exceção do m-cresol, que é líquido. Eles são incolores e pouco solúveis ou insolúveis em água, mas são solúveis em bases. Uma das aplicações principais dos fenóis é como antissépticos e germicidas. Isso ocorre porque eles conseguem coagular as proteínas dos organismos das bactérias. O próprio benzenol foi muito utilizado em desinfecção de hospitais. Porém, por possuírem essa ação desinfectante, os fenóis também são tóxicos e cáusticos, por isso o benzenol parou de ser usado como antisséptico. Atualmente os cresóis mostrados a seguir são mais usados em desinfetantes: Estrutura dos cresóis @profmessiasnobre 58 Química Prof. Messias Nobre Os fenóis também são usados para fazer corantes, explosivos, perfumes, resinas, vernizes, tintas, adesivos e cosméticos. Cetonas As cetonas são compostos orgânicos que possuem como grupo funcional característico a carbonila ligada a dois átomos de carbono: Isso significa que apenas existem cetonas com três ou mais átomos de carbono e que a carbonila nunca virá em um carbono da extremidade da cadeia, até porque, nesse caso, seria um aldeído, e não uma cetona. Nomenclatura das cetonas A nomenclatura para o grupo das cetonas segue as regras estipuladas pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e tem a terminação -ona, característica do grupo funcional cetona. Lembrando que a nomenclatura para cadeira carbônica tem regras para ordenação e nome dos radicais: o prefixo ocorre de acordo com o número de carbonos da cadeia principal, e o infixo, de acordo com a saturação da cadeia: @profmessiasnobre 59 Química Prof. Messias Nobre Quando houver mais de uma posição possível para a carbonila, deve-se indicar qual o carbono em que ela se encontra, a mesma regra vale para ramificações e insaturações. A contagem de carbonos é feita com base no carbono mais próximo do grupo funcional. O || H3C — C — CH3→ propanona O || H3C — C — CH2 — CH3: butanona O || H3C1 — C2 — C3H2 — C4H2 — C5H3: pentan-2-ona O || H3C1 — C2H2 — C3— C4H2 — C5H3: pentan-3-ona CH3 O | || H3C7 — C6H2 — C5H2 — C4H — C3H2 — C2 — C1H3: 6-etil-4-metil-heptan-2-ona | CH2 | CH3
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