Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Química orgânica - H Bivalente (2) O= -O- S= -S- 1 Em 1828, Friedrich Wöhler invalidov a ideia de Berzelius ao aquecer uma solução aquosa decianato de amonio (Inorganical e observou a formação de pequenos cristais. Ao isolar esses cristais da Solução e analisar suas propriedades constatou que o sólido era constituído de ureia. Introdução a química orgânica Em 1977, Em 1777, Torbern Olof Bergman definiu a quimica orgânica como a química dos compostos existentes nos organismos animais e vegetais, e a química Inorganica como a química dos compostos de origem animal. Lavoisier analisou vários compostos orgânicos e verificou que todos tinham carbono. Em 1807, Jöns Jacobus Berzelius Sugeriu que Somente organismos vivos eram capaces de Produzir compostos orgânicos, Teoria da força vital. NH4OCN(aq) (Cianato de amônio) H N2 NH H- Cl- Br- F- I- Esse resultado mostrava que era possível 0bter uma substância organica partindo de uma substância Inorganica. Em 1858, August Kekule (Friedrich) propôs que a química orgânica estuda os compostos carbono. C H O N P S F C l B r I Hidrogênio: Halogênios: Oxigênio e Enxofre: Nitrogênio e Fósforo: Carbono: Monovalente (1) Monovalente (1) Bivalente (2) Trivalente (3) Tetravalente (4) Monovalente (1) Trivalente (3) -N- -N= N= -P- -P= P=- - - -C- -C= =C= -C=- - - 1° Postulado de Kekulé Possui 4 valências livres e pode fazer 4 ligações covalentes. 2° Postulado: Equivalência Equivalência, a posição do heteroátomo não difere -C- -C- -C- -C- - - - - - -- H H H H H H H HHCl - H 2 O (Ureia) - HCl Cl Cl 3° Postulado: Formação de cadeia Os Atomos de carbono agrupam-se formando cadeias carbônicas. Alguns elementos como enxofre fósforo também conseguem formar cadeias, mas não são estaveis, longas e variadas. -C-C-C-C-C-C-C-C-H H- - - - - - - - - - - - - - - -H H H H H H H H H H H H H H H H Classificações dos carbonos Tipos de carbono Tipos de ligações Simples Dupla Tripla Hibridização do carbono Aula 1 @gabrielly_cordeiro019 2 - Apresentam unicamente átomos de carbono primários, ou primários e secundários. São aquelas que apresentam átomos de carbono interagindo entre si por meio de uma ligação simples. São cadeias homogêneas não possuem heteroátomos, ou seja, não têm átomos diferentes de carbono e hidrogênio ligados entre dois carbonos. Cadeia heterogênea São cadeias heterogêneas são caracterizadas pela presença de um heteroátomo — como oxigênio, nitrogênio, enxofre, boro ou fósforo — localizado no meio da cadeia carbônica. São cadeias fechadas sem anel aromático ou sem ressonância. Podem ser saturadas ou insaturadas. Aromática polinuclear Representações Fórmula molecular Fórmula mínima Apresenta pelo menos duas extremidades, ou seja, sem fechamento. Fórmula estrutural plana Fórmula estrutural simplificada Simplificada/Condensada Fórmula de linha (traços) Classificações Cadeia aberta, alifática ou acíclica Cadeia fechada ou ciclica Apresenta um anel, núcleo ou ciclo. Cadeia mista Possui, ao mesmo tempo, ciclos e extremidades livres. Cadeia normal ou não ramificada Apresenta no mínimo três extremidades, pois possuem ramificações. Cadeia ramificada Cadeia saturada Cadeia insaturada São aquelas que apresentam ligações múltiplas entre carbonos, ou seja, ligações duplas ou triplas. Cadeia homogênea ou homociclica Cadeia aliciclica Aromática mononuclear Quando possuem apenas um anel aromático, como o benzeno. Quando possuem dois ou mais aneis aromático, podendo ser isolado ou condensado. Isolado Condensado - Normal ou ramiticada - saturada ou insaturada - Homogenea ou heterogenea Aberta Fechadas - Normal ou ramiticada - saturada ou insaturada - Homocíclica ou heterocíclica Aromática - Mononuclear - Polinuclear (Isolada ou Condensada) Prioridade - Grupo funcional - Insaturação - Ramificação Aula 1 @gabrielly_cordeiro019 Ex¹: 3 Prefixo Infixo Sufixo N° de carbonos Tipo de ligação Função Orgânica Hidrocarboneto- Álcool- Aldeido- Cetona- Ácido Carboxilico - Amina- Amida- 1x 2x 3x 1x 2X 3x Simples- Dupla- Dupla- Dupla- Tripla- Tripla- Tripla- Tripla- Ex¹: Nome IUPAC - Local e nome dos radicais - Número de carbonos - Localização e infixo - Sufixo das funções - Ordem alfabética - Identificar a cadeia principal (+ longa) - Identificar a função presente (ramificação) - Identificar a ligação (insaturação) - Numerar a cadeia principal, iniciando por: grupo funcional, insaturação e ramificação Nomenclatura 1C- 2C- 3C- 4C- 5C- 6C- 7C- 8C- 9C- 10C- MET ET PROP BUT PENT HEX HEPT OCT NON DEC AN EN DIEN TRIEN IN DIN TRIIN ENIENDupla+ O OL AL ONA ÓICO AMINA AMIDA Ex¹: Ex²: Ex²: Ex²: Nomenclatura das cadeias fechadas Quando se trata de uma cadeia fechada é necessário colocar o nome "Ciclo" antes do prefixo. Nomenclatura das cadeias mistas Nomenclatura das aromáticas Ciclohexino Os hidrocarbonetos aromáticos não seguem as regras gerais de nomenclatura IUPAC, pois eles possuem uma nomenclatura particular. A única semelhança é que terminam com “eno”. Quando o benzeno possui ramificações saturadas (grupos alquila), sua nomenclatura ocorre da seguinte forma: localização + nome da ramificação (da mais simples para a mais complexa) + benzeno Essa localização pode ser feita de duas formas: 1° é por numerar o anel benzênico, começando da ramificação mais simples e escrevendo os números que se referem aos carbonos do anel de onde a ramificação está saindo. Aula 1 @gabrielly_cordeiro019 4 Nomenclatura de aromáticos dissubstituídos iguais 2° maneira é a localização das ramificações é através dos prefixos orto, meta e para. Radicais Nomenclatura de aromáticos dissubstituídos diferentes Nomenclatura de aromáticos multisubstituídos Aula 1 @gabrielly_cordeiro019 5 Quando apresentam apenas uma hidroxila. 1. Mono álcoois (monóis) 2. Diálcoois (dióis) Quando apresentam duas hidroxila. 3. Triálcoois (Trióis) Quando apresentam três hidroxila. Funções orgânicas Aula 1 Álcool Álcool são compostos orgânicos que apresentam um ou mais grupos hidroxilas (OH) ligados a carbonos saturados. Prefixo + AN + OL Classificação dos álcoois quanto a posição da hidroxila: 1. álcool primário: Quando o grupo funcional se apresenta ligado ao carbono primário: 2. álcool secundário: Quando o grupo funcional se apresenta ligado ao carbono secundário. 3. álcool terciário: Quando o grupo funcional se apresenta ligado ao carbono terciário. Classificação dos álcoois quanto ao número de hidroxilas: Enol São compostos que apresentam o grupo OH (hidroxila) ligado diretamente a um carbono instaurado por dupla-ligação. Nomenclatura é igual a dos álcoois. Todo oos compostos orgânicos que apresentem esse agrupamento de átomos possuem a função química enol e apresentam propriedades físicas semelhantes. Fenóis Fenóis são compostos orgânicos que apresentam um ou mais grupos hidroxilas (OH) ligados diretamente a anéis benzênico. Di + hidróxi + benzeno tri Aldeídos São compostos orgânicos que apresentam um ou mais grupos fórmula (carbono com dupla ligação com oxigênio e simples com hidrogênio na ponta da cadeia). Prefixo + infixo + AL @gabrielly_cordeiro019 6 Cetona Aula 1 São compostos orgânicos que apresentam um ou mais grupos carbonila entre carbonos (carbono com dupla ligação com oxigênio). Prefixo + infixo + ONA Ácido prefixo + infixo + ÓICO Classificação das aminas: Aminas primárias/ secundárias / terciárias: Ligadas à dois átomos de carbono. Ligadas à três átomos de carbono. Ligadas à um atomo de carbono. Éter São compostos orgânicos de cadeia heterogênea que apresentam como heteroátomo o oxigênio (oxigênio entre carbonos). Ácido Carboxilico São compostos orgânicos que apresentam um ou mais gruposcarbonila (carbono com dupla ligação com oxigênio e simples com hidroxila na ponta da cadeia). Éster São compostos orgânicos que apresentam ao longo da cadeia um carbono fazendo ligação dupla e outra simples com oxigênios. Éster são compostos orgânicos derivados dos ácidos carboxilicos. os ésteres possuem um radical carbônico no lugar do hidrogênio dos carbonílicos. Sais Orgânicos Os sais orgânicos são compostos orgânicos derivados dos ácidos carboxilicos, são obtidos através de reações de neutralização, também denominadas salificação. Anidridos São compostos orgânicos derivados de reações de desidratação dos ácidos carboxilicos. Haletos São compostos que apresentam halogênio (F, Cl, Br, I) ligado a um radical derivado de hidrocarboneto, também são chamados de derivados halogenados. Aminas São compostos orgânicos derivados da amônia (NH3), onde o nitrogênio pode estar ligado ao carbono ao hidrogênio. Grupo funcional -NH3 prefixo + infixo + AMINA Amidas prefixo + infixo + AMIDA @gabrielly_cordeiro019 Possui o grupo funcional:"são compostos orgânicos nitrogenados que apresentam como principal característica a presença de um grupo carbonila (carbono que realiza uma ligação dupla com o oxigênio), ligado diretamente a um nitrogênio, que, por sua vez, pode ligar-se a dois átomos de hidrogênio." Reações orgânicas 1.1 Ruptura Homolitica Ruptura homolítica, cisão homolítica, fissão homolítica ou ainda homólise. → É uma ruptura de uma ligação química em uma molécula na qual cada átomo participante da ligação retém um elétron do par que cosntituia a união formando-se radical. - As rupturas homoliticas frequentemente ocorrem em moléculas apolares ou com baixa diferença de eletronegatividade entre os átomos das ligações e exigem alta energia. 1.2 Ruptura Heterolítica → Quando a ruptura é feita de modo desigual, ficando o par eletrônico com apenas um dos átomos da ligação, temos uma ruptura heterolitica, resultando na formação de ions. Frequentemente ocorrem em Iigações polarizadas, em presença de solventes polares, ocorrem com pouca quantidade de energia. 2. Reações Radiculares Processos que envolvem a quebra e a formação simétrica de ligações. 1 Aula 2 @gabrielly_cordeiro019 Mecanismo de reações A reação química descreve o que ocorre, enquanto o mecanismo descreve como ocorre. → A ruptura de ligações. → Os ataques eletrofilicos e nucleofilicos ao reagente orgânico. → A formação de novas ligações e de compostos intermediários, etc. Um mecanismo descreve o que acontece em cada etapa de uma reação química, quais as ligações são quebradas e em ordem, quais ligações são formadas em que ordem, e quais as velocidades relativas de cada uma. Nas reações orgânicas é muito comum a formação de grupos intermediários instáveis, sendo, portanto, de existência transitória, nos quais o carbono não tem efetuadas suas quatro ligações. Estes grupos se originam da ruptura de ligações entre átomos, que pode ocorrer de modo homogêneo ou heterogêneo. Ruptura Homolitica X Ruptura Heterolitica. O tipo de ruptura depende de fatores como a natureza dos reagentes (polar-apolar) e meio utlizado (solvente polar- apolar) Também outros fatores são importantes: →Temperatura →Luminosidade →Pressão ✨ Iniciação A irradiação em luz ultravioleta inicia a reação pela quebra da ligação relativamente fraca Cl-Cl, produzindo alguns radicais livres: ✨ Propagação O radical de cloro colide com uma molécula de metano na etapa de propagação, retirando um átomo de hidrogênio para formar HCL e um radical metila. O radical metila reage depois com outra molécula de Cl2, em uma segunda etapa de propagação, para formar o produto clorometano mais um novo radical cloro, que retorna e repete a primeira etapa. ✨ Finalização Ocasionalmente, dois radicais podem colidir e se combinar para forma um produto mais estável. Quando isso acontece o ciclo da reação é interrompido e a cadeia finalizada. 2 Aula 2 Reação de substituição • Quando 2 reagentes trocam partes de suas moléculas e formam 2 novos produtos. Ex¹: Reação de hidrólise de acetato de metila (um éster) para formar ácido acético (um ácido carboxilico) e metanol (um álcool) Ex²: Reação de rearranjo • Quando um reagente passa por uma reorganização de suas ligações e átomos para formar um produto isômero. Ex¹: Conversão do 1-buteno no isômero 2-buteno (ambos alcenos) Reação de eliminação • São o oposto das reações de adição. • Um reagente se divide em dois produtos. • Freqüentemente, há formação de uma pequena molécula, como água (H2O), HBr, HCL etc. Ex: Reação do etanol (um álcool) para formar etileno (um alceno) e água. Reação de adição • Dois reagentes se unem para formar um único produto. • Característico de compostos com ligações múltiplas Ex: Reação do etileno (um alceno) com HBr para formar bromaetano (um brometo de aquila) Tipos de reações orgânicas Adições Eliminação Substituição Rearranjos Definição: Nucleófilo é sempre uma base de Lewis e pode ser carregado negativamente ou neutro. Grupo de saída é sempre uma espécie que carrega um par de elétrons quando sai. Substrato é um haleto de alquila Grupo de saída é um ânion haleto Nessa reação, um nucleófilo, uma espécie com um par de elétrons não- compartilhados, reage com um haleto de alquila (substrato) pela reposição do halogênio substituinte. Acontece uma reação de substituição, e o halogênio substituinte (grupo de saída), se afasta como um íon haleto. Como a reação de substituição é iniciada por um nucleófilo, ela é chamada de reação de substituição nucleofílica. Nas reações de substituição nucleofílica, a ligação carbono- carbono do substrato passa por uma heterólise, e o par não- compartilhado do nucleófilo é usado para formar uma nova ligação para o átomo de carbono: São reagentes negativos ou com par eletrônico para realizar ligação dativa. Um nucleófilo é um reagente que procura um centro positivo. Os reagentes nucleófilos são bases de Lewis. Qualquer íon negativo ou molécula sem carga com um par de elétrons não compartilhado é um nucleófilo em potencial. Os nudeófilos são "fornecedores de elétrons". (produto da quebra heterditica) “que possui afinidade por núcleos” Podem ser nêutrons ou carregados positivamente: amônia, a água, o íon hidróxido, íon cloreto. São reagentes positivos ou que possuem elemento com orbital vazio para receber par de elétrons de um nucleófilo. Os reagentes eletrófilos são ácidos de Lewis. O elétrons podem ser nêutrons ou carregados positivamente. (produto da quebra heterolitica) “que possui afinidade por elétrons” Ex: Ácidos carboxílicos, haletos de alquila, compostos carbonílicos. A ligação com o grupo de saída se quebra primeiro e a ligação do nucleófilo se forma em uma segunda etapa Reagente Nucleófilo Grupo de saída O substituinte com um par de elétrons desemparelhado que sai do substrato em uma reação de substituição nucleofilica. Reagente Eletrófilo 3 Aula 2 Reações de subs. nucleofílica ✓ Substituição de um ou mais átomos de hidrogênio de um hidrocarboneto por halogênios ✓ Importância: síntese orgânica e aplicações industriais (solventes, gás refrigerante, polímeros, agroquímicos, etc) Quando um nucleófilo reage com um haleto de alquila, o átomo de carbono que contém o átomo de halogênio é o centro positivo que atrai o nucleófilo. Esse átomo de carbono tem uma carga parcial positiva porque o halogênio eletronegativo puxa os elétrons da ligação carbono-halogênio em sua direção. Em uma reação de substituição nucleofilica, um nucleófilo (Nu:) substitui um grupo de saída (GS) na molécula que sofre a substituição (o substrato). Reações dos haletos de alquila: substituições nucleofíl icas e eliminaçoes Os haletos de alquila podem reagir com o nucleófilos/base de duas maneiras: por meio de substituição do grupo X por um nucleófilo (Nu), ou pela eliminação de HX para formar um alceno: Reações nucleofílica A ligação do nucleófilo ocorre simultaneamente com a quebrada ligação do grupo de saída 4 Aula 2 1. O emprego de um nucleófilo carregado negativamente (neste caso, um íon hidróxido) resulta em um produto neutro (neste caso, um álcool). 2. A utilização de um nucleófilo neutro (neste caso, água), resulta inicialmente em um produto carregado positivamente. O nucleófilo neutro ganha uma carga formal positiva através da formação de uma ligação covalente com o substrato. O produto neutro somente é formado após a remoção de um próton do átomo com a carga formal positiva no produto inicial. Cinética de uma reação de substituição nucleofílica: reação sn2 Os experimentos mostram que a velocidade depende da concentração do clorometano e da concentração do íon hidróxido. Quando dobramos a concentração de clorometano no experimento 2, a velocidade duplicou. Quando dobramos a concentração do íon hidróxido no experimento 3, a velocidade duplicou. Quando dobramos ambas as concentrações no experimento 4, a velocidade aumentou de um fator quatro. Velocidade = k [CH3CI] [HOT] Velocidade = k [CH₂CI] [HOT] As reações nas quais a velocidade depende linearmente das concentrações dos dois reagentes são "Reações de Segunda Ordem". Para que para que a reação ocorra, um íon hidróxido e uma molécula de clorometano devem colidir. Dizemos também que a reação é bimolecular. Bimolecular queremos dizer que duas espécies estão envolvidas na etapa cuja velocidade está sendo medida. O número de espécies envolvidas em uma etapa de reação é chamado de molecularidade da reação. Chamamos esse tipo de reação de uma reação S№2, significando substituição nucleofilica bimolecular. Mecanismo para Reação S№2 Característica importante do mecanismo S№2 É que a reação ocorre em uma única etapa sem formação de intermediários; A configuração estereoquímica da molécula é invertida. Quando o cis-1-cloro-3-metilciclopentano reage com o íon hidróxido em uma reação $2, o produto é o trans-3- metilciclopentanol. O ion hidróxido acaba se ligando no lado oposto do plano do anel em relação ao cloro que foi substituído: Estereoquímica da reaçao sn2 Uma reação S№2 ocorre em um centro de quiralidade em uma molécula acíclica. Eletrófilo (Substrato) Além da ligação com grupo de saída, o átomo de carbono que está sendo atacado tem outras três ligações. 5 Aula 2 Fatores que favorecem o mecanismo sn2 Se há um grupo alquila, chamamos o substrato de primário (10) 1. Natureza do substrato: impedimento estérico haleto metílico > primário > secundário >> terciário 12. Tipo de solvente: solventes Próticos, Polares e apróticos Chamado de Solvente Prótico pode formar ligações de hidrogênio com os necleófilos. Ex: uma molécula de um sovente (água ou álcool). 2.1. Solvente Apróticos Não tem um átomo de hidrogênio que está ligado a um átomo de um elemento eletronegativo e, portanto, não dificultam os nucleófilos através as ligações de hidrogênio. Força do nucleófilo: maior força → mais rápida a reação HO-e RO-> H₂O e ROH RO-> HO- >> RCO₂ > ROH > H₂O F-> Cl-> Br-> I- Natureza do grupo abandonador: melhor grupo abandonador → mais rápida a reação Bom grupo abandonador: estabiliza mais a carga negativa ➤ Bases fracas e espécies neutras (H2O e ROH) I-> Br-> Cl-> F- Substituição Nucleofílica Unimolecular (SN1) 1ª etapa: lenta e endotérmica - cisão heterolítica da ligação C-X - formação de carbocátion A etapa determinante da velocidade. -velocidade depende apenas da concentração de RX → unimolecular 2ª etapa: rápida ataque do nucleófilo ao carbocátion 3ª etapa: se o nucleófilo for neutro → perda de próton A etapa determinante da velocidade. Etapas Limitantes da Velocidade da Reação Mecanismo para Reação - SN1 6 Aula 2 Estabilidade do corbocátion Estrutura do carbocátion Estequioquimica da reação Fatores que favorecem o mecanismo SN1 ADIÇÃO À DUPLA • Hidrogenação (adição de hidrogênio) • Halogenação (adição de halogênios) • Adição de halogenidretos (HX) • Hidratação (adição de água) ADIÇÃO À TRIPLA LIGAÇÃO • Hidrogenação (parcial ou total) • Halogenação (parcia ou total) • Adição de halogenidretos • Hidratação 7 Aula 2 Reação de adição • Dois reagentes se unem para formar um único produto. • Característico de compostos com ligações múltiplas Ex: Reação do etileno (um alceno) com HBr para formar bromaetano (um brometo de aquila) Hidrogenação (adição de hidrogênio) • Dupla: Empregada industrialmente na produção de alcanos; Halogenação (adição de halogênios) • Dupla: Produz dialetos vicinais (dois átomos de halogênios em carbonos vizinhos); • Cl₂ > Br₂ > I₂ Adição de halogenidretos (HX) • O hidrogênio do halogenidreto se adiciona ao carbono mais hidrogenado da dupla ligação (regra de Markovnikov); • – HI > HBr > HCl Hidratação (adição de água) • Reação que ocorre na presença de ácidos, originando álcoois. • Também obedece a regra de Markovnikov; • Tripla: Pode ser parcial (só uma ligação quebrada) ou total (duas ligações quebradas); • Tripla: Parcial ou total; • Tripla: • Tripla: Formação de enol que se tautameriza, estabelecendo um equilíbrio aldoenóico (caso do etino) ou cetoenóico (demais alcinos); adição aos ciclanos Reação de eliminação • São o oposto das reações de adição. • Um reagente se divide em dois produtos. • Freqüentemente, há formação de uma pequena molécula, como água (H2O), HBr, HCL etc. Ex: Reação do etanol (um álcool) para formar etileno (um alceno) e água. 8 Aula 2 Reação de substituição • Quando 2 reagentes trocam partes de suas moléculas e formam 2 novos produtos. Ex¹: Reação de hidrólise de acetato de metila (um éster) para formar ácido acético (um ácido carboxilico) e metanol (um álcool) Ex²: Reação de rearranjo • Quando um reagente passa por uma reorganização de suas ligações e átomos para formar um produto isômero. Ex¹: Conversão do 1-buteno no isômero 2-buteno (ambos alcenos) - Desidratação DESIDRATAÇÃO DE ÁLCOOIS • Ocorre com aquecimento e na presença de um agente desidratante, como o H₂SO₄ concentrado; (Houve a eliminação do hidrogênio ligado ao carbono menos hidrogenado e vizinho do que contém a hidroxila; • Este tipo de desidratação é denominado intramolecular, pois houve eliminação de água de dentro de uma molécula, servindo para a produção de alcenos) • Alterando a temperatura, o produto será outro: (Neste caso, a desidratação é intermolecular; O éter etílico também é chamado de éter sulfúrico porque na sua produção se usa o ácido sulfúrico como agente desidratante;) DESIDRATAÇÃO DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS • Desidratação de ácidos carboxílicos: ocorre com aquecimento e na presença de agentes desidratantes, produzindo anidrido de ácido; HALOGÊNIOS HALOGENIDRETOS 8 Aula 3Reações com o benzeno Compostos aromáticos 1 Aula 4 @gabrielly_cordeiro019 Tipos de reações aromáticas Gabrielly Cordeiro Souza 2 Aula 4 2 Aula 4 Reação de eliminação 1 Aula 5 @gabrielly_cordeiro019 Gabrielly Cordeiro Souza 2 Aula 5 3 Aula 5 Alcenos e alcinos 1 Aula 6 @gabrielly_cordeiro019 Gabrielly Cordeiro Souza 2 Aula 6 3 Aula 6 Aldeído e cetonas 1 Aula 7 @gabrielly_cordeiro019 Gabrielly Cordeiro Souza 2 Aula 7
Compartilhar