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APOSTILA Montagem: Professor Luciano Cardoso Prof. Luciano Cardoso 1 QUÍMICA ORGÂNICA I S O M E R I A * PLANA * GEOMÉTRICA * ÓPTICA Prof. Luciano Cardoso 2 ISOMERIA É o fenômeno no qual substâncias diferentes apresentam diferentes arranjos estruturais de seus átomos e, portanto, diferentes fórmulas estruturais planas (F.E.P), mas possuem iguais fórmulas moleculares (F.M) . Os compostos que apresentam iguais FM e diferentes FEP, são chamados de isômeros . Por se tratar de substâncias químicas diferentes, os isômeros, de forma geral, apresentam diferentes propriedades físicas e químicas. O tipo mais simples de isomeria é a plana. Neste tipo de isomeria, as diferenças no posicionamento dos átomos podem ser observadas a partir das fórmulas estruturais planas dos isômeros. Existe ainda um segundo tipo de isomeria, a espacial, que se subdivide em geométrica ou Cis-Trans ( isomeria E-Z ) e óptica. # ISOMERIA PLANA Caso do fenômeno da isomeria onde os compostos isômeros são diferenciados por suas FEP. . Casos da Isomeria Plana - Isomeria de função Este tipo de isomeria ocorre em compostos de funções diferentes mas que apresentem mesmo número de carbonos na cadeia. C2H6O C3H6O Os principais casos de isomeria plana de função ocorre entre : - álcoois e éteres - aldeídos e cetonas - ácidos carboxílicos e ésteres Prof. Luciano Cardoso 3 - Isomeria de cadeia Os compostos pertencem a uma mesma função orgânica mas possuem cadeias carbônicas diferentes. C4H10 C5H10 C4H8 - Isomeria de posição Os compostos pertencem a uma mesma função orgânica mas diferem quanto à posição de um grupo ou insaturação ( ligações duplas e / ou triplas ) na cadeia principal. C4H8 C6H14 C8H10 Prof. Luciano Cardoso 4 - Isomeria de compensação ou metameria Este tipo de isomeria ocorre em compostos que apresentem cadeia heterogênea. A diferença entre os isômeros está na posição ocupada pelo heteroátomo. C4H10O Tautomeria Em solução aquosa pode ocorrer um equilíbrio químico dinâmico entre aldeído e enol ou cetona e enol. Aldeído e cetona são sempre mais favorecidos que o enol nestes equilíbrios. Equilíbrio aldo-enólico Nome correto : ETANAL Equilíbrio ceto-enólico Prof. Luciano Cardoso 5 EXERCÍCÍOS 1) Indique e mostre o caso da isomeria plana que ocorre entre os hidróxi-metil benzeno. 2) Indique os casos da isomeria plana que ocorrem entre os compostos abaixo: a- metilpropeno e ciclobutano b- pentano e dimetilpropano c- 2-metilbenzeno-1-ol e metóxibenzeno d- 4-metilbenzeno-1-ol e álcool benzílico e- álcool butílico e etóxi-etano f- dietilamina e metil-propilamina g- ácido butanóico e propanoato de metila h- metil propil éter e dietil éter 3) Considere os compostos abaixo, todos com fórmula molecular C5H10O : A ) Pentanal B) 2-metilbutanal C) 3-metilbutanal D) 2,2-dimetilpropanal E) Pentan-3-ona F) Metil propil cetona G) Propil vinil éter H) Alil metil éter * ( grupo alil : H2C = CH – CH2 - ) Indique os casos de isomeria plana que ocorre entre cada um dos pares de isômeros indicados abaixo : A e B B e C C e E D e H A e C B e D C e F E e F A e D B e E C e G E e G A e E B e F C e H E e H A e F B e G D e E F e G A e G B e H D e F F e H A e H C e D D e G G e H 4) Mostre os equlíbrios dinâmicos que ocorrem em solução aquosa com os seguintes compostos : a- propanal b- butanona c- 1,3,5-tri-idróxibenzeno Prof. Luciano Cardoso 6 # ISOMERIA ESPACIAL OU ESTEREOISOMERIA É o caso do fenômeno da isomeria em que os compostos isômeros são diferenciados por suas fórmulas estruturais de projeção espacias . São dois os casos da isomeria espacial : isomeria geométrica ou Cis-Trans e isomeria óptica. ISOMERIA ESPACIAL GEOMÉTRICA ou CIS-TRANS A isomeria geométrica só ocorre em moléculas que apresentam ligação dupla ou ciclo. Observe as duas estruturas abaixo : Átomos de carbono unidos por ligação simples têm possibilidade de rotação livre, por isso uma das estruturas pode ser convertida na outra através da rotação de um dos carbonos ao redor do eixo que une os carbonos 2 e 3 da estrutura. Já se os carbonos 2 e 3 estivessem unidos através de uma ligação dupla, a situação seria diferente. A ligação dupla impede a rotação dos carbonos participantes da mesma. Os carbonos 2 e 3 são trigonais e se dividirmos o plano a que pertencem todos os carbonos através do eixo da ligação dupla, teríamos a certeza de estarmos frente a dois compostos diferentes. Em um dos casos, os grupos CH3 se encontram de um mesmo lado e de outro, estarão de lados diferentes. Quando estes grupos estão de um mesmo lado, temos o cis-but-2-eno. Quando estes grupos estão de lados diferentes, temos o trans-but-2-eno. CIS => do mesmo lado TRANS => de lados opostos Prof. Luciano Cardoso 7 Para que ocorra a isomeria geométrica em compostos de cadeia aberta, cada um dos carbonos participantes da dupla devem apresentar ligantes diferentes. No exemplo abaixo, para que ocorra a isomeria geométrica, X deve ser diferente de Y e Z deve ser diferente de W. X Y Z W O composto abaixo não apresenta isomeria geométrica, pois um dos carbonos da dupla ligação possui ligantes iguais. O composto abaixo (2-cloro-pent-2-eno) apresenta isomeria geométrica, pois os dois carbonos da dupla ligação possuem ligantes diferentes. Note que no exemplo anterior foi considerado o critério de os dois ligantes de maior massa molecular de cada carbono se encontrarem de um mesmo lado (cis) ou de lados opostos (trans). Prof. Luciano Cardoso 8 Os átomos de carbono participantes de um ciclo ou anel também são impedidos de girar em torno do eixo da ligação, com isso a isomeria geométrica também pode ocorrer em compostos cíclicos. Neste caso a isomeria geométrica é chamada de isomeria de Bayer ou Bayeriana. Para isso, basta que, pelo menos, 2 átomos de carbono participantes do ciclo possuam ligantes diferentes. Os átomos de carbono que apresentam os ligantes diferentes não precisam ser vizinhos. Os isômeros cis-trans, apresentam diferenças entre si através de suas propriedades físicas (ponto de ebulição, ponto de fusão, densidade, solubilidade). Propriedades Ácido butenodióico cis Ácido butenodiódico trans P.F. 130° 287°C Densidade 1,590g/cm3 1,635g/cm3 Solubilidade em H2O solúvel menos solúvel As propriedades químicas, os isômeros geométricos podem apresentar ou não diferenças. Prof. Luciano Cardoso 9 EXERCÍCÍOS 1) Qual dos compostos abaixo apresenta isomeria Cis-Trans ? a- pent-1-eno b- pent-2-eno c- 2-metilbut-1-eno d- 2-metilbut-2-eno e- 1,1-dimetilciclopropano f- 1,2-dimetilciclopropano 2) Para os compostos do exercício anterior que apresentarem a isomeria geométrica, mostrar as suas fórmulas de projeção e, em seguida dê os seus nomes. 3) Que alceno de menor massa molar ( menor cadeia carbônica ) apresenta isômeros geométricos ? Dê suas fórmulas de projeção. 4) Mostre as fórmulas de projeção dos isômeros geométricos do ácido butenodióico, escrevendo seus nomes. Qual deles forma anidrido ? Justifique. 5) Prepara-se uma solução de um composto orgânico A, dissolvendo-se 68,8 g dessa substância em água suficiente para 1,0 L . A seguir, reagiu-se completamente 25 mL dessa solução com 20 mL deuma solução aquosa 1,0 mol/L de uma substância B. Pedem-se determinar : a- a concentração em mol/L de A b- a massa molar de A ( em g/mol ) c- as F.M e F.E.P de A d- as fórmulas de projeção dos isômeros geométricos formados por A e seus nomes e- o equacionamento da reação que ocorre entre A e B dados : . fórmula molecular geral de A : CnH2n - 2O2 ( ácido monoprótico ) . B é o hidróxido de sódio Prof. Luciano Cardoso 10 ISOMERIA ESPACIAL ÓPTICA Conceitos Preliminares - Noção Geral de Ondas No estudo da física onda é uma perturbação que se propaga no espaço ou em qualquer outro meio, como, por exemplo, a água. Uma onda transfere energia de um ponto para outro, mas nunca transfere matéria entre dois pontos. As ondas podem se classificar de acordo com a direção de propagação de energia, quanto à natureza das ondas e quanto à direção de propagação. - Quanto à direção de propagação de energia as ondas se classificam da seguinte forma: Unidimensionais: propagam-se em uma única dimensão; Bidimensionais: propagam-se num plano; Tridimensionais: propagam-se em todas as direções. - Quanto à natureza, as ondas se classificam em: Ondas mecânicas: são aquelas que necessitam de um meio material para se propagar como, por exemplo, onda em uma corda ou mesmo as ondas sonoras; Ondas eletromagnéticas: são aquelas que não necessitam de meio material para se propagar, elas podem se propagar tanto no vácuo (ausência de matéria) como também em certos tipos de materiais. São exemplos de ondas eletromagnéticas: a luz solar, as ondas de rádio, as microondas, raios X, entre muitas outras. - Quanto à direção de propagação as ondas se classificam em: Ondas transversais: são aquelas que têm a direção de propagação perpendicular à direção de vibração como, por exemplo, as ondas eletromagnéticas. Ondas longitudinais: nessas ondas a direção de propagação se coincide com a direção de vibração. Nos líquidos e gases a onda se propaga dessa forma. http://www.brasilescola.com/fisica/ondas.htm Prof. Luciano Cardoso 11 . Formas e representações gráficas de uma onda : São várias as formas e de se representar uma onda : A partir do topo, onda senoidal, quadrada, triangular e dente de serra . Representação clássica de uma onda : Para descrever uma onda é necessária uma série de grandezas, entre elas temos: velocidade, amplitude, frequência, período e o comprimento de onda. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Waveforms.png Prof. Luciano Cardoso 12 = comprimento de onda ( distância entre 2 picos ou 2 vales ) V = . f ( velocidade de uma onda ) . Luz Natural É o resultado da propapação de energia radiante na forma de ondas eletromagnéticas, compreendidas em certos intervalos de frequência e de comprimentos de onda, que vibram em todas as direções e planos de espaço. Prof. Luciano Cardoso 13 - VETORES DE FRESNEL - Representação gráfica da propagação da luz natural Raios de luz natural se propagando em várias direções e planos do espaço . Luz Polarizada É a luz que se propaga em apenas um único plano de vibração do espaço. - Prisma de Nicol ( Polarizador ) O Prisma de Nicol é um sistema óptico formado por cristais transparentes de CaCO3 ( “espato da Islândia ) , unidos por uma resina chamada “Bálsamo do Canadá”, e que tem a propriedade de polarizar a luz natural . . representação da luz polarizada : único plano de vbração da luz polarizada ( p. l. p ) Prof. Luciano Cardoso 14 Luz Natural ( prisma de Nicol ) Luz Polarizada Substâncias Opticamente Ativas (SOA) e Substâncias Opticamente Inativas (SOI) . Substâncias Opticamente Ativas são aquelas que ao serem atravessadas por feixes de luz polarizada, provocam um desvio de um certo ângulo ( para a direita ou para a esquerda ) no p.l.p. - Quando a SOA ( A ) provoca o desvio do p.l.p de um certo ângulo para a direita, ela é chamada de Dextrógira (d ) . Dextrógira Prof. Luciano Cardoso 15 - Quando a SOA (B) provoca o desvio do p.l.p de um certo ângulo para a esquerda, ela é chamada de Levógira ( l ) . Levógira . Substâncias Opticamente Inativas são aquelas que ao serem atravessadas por feixes de luz polarizada, não provocam desvio ( nem para a direita ou para a esquerda ) no p.l.p. P.L.P incidente P.L.P emergente ( sem sofrer desvio ) - Noção de Simetria : Em geometria , um eixo de simetria é aquele que divide uma figura ou objeto em duas partes simétricas, ou seja, em duas metades extamente iguais entre si e como se fossem a imagem de espelho uma da outra. Figura simétrica S O I Prof. Luciano Cardoso 16 A Isomeria Óptica É o caso da isomeria espacial onde os chamados isômeros ópticos se diferenciam pela forma como atuam ou não sobre o plano da luz polarizada. . Princípio Fundamental da Isomeria Óptica . Carbono Assimétrico ou Carbono Quiral ( C* ) É o átomo de C que tem ligado a ele 04 ligantes diferentes : X Y Z W .Exemplos : Para que um composto seja opticamente ativo, é necessário que seja assimétrico, e se for orgânico, deverá apresentar pelo menos um átomo de carbono que contenha nele ligados 04 ligantes diferentes entre si. Este átomo de carbono é chamado de CARBONO ASSIMÉTRICO . X C* Y Z W http://www.infoescola.com/files/2010/01/carbono-quiral.jpg http://www.infoescola.com/files/2010/01/carbono-quiral.jpg http://www.infoescola.com/files/2010/01/carbono-quiral-2.jpg Prof. Luciano Cardoso 17 . Condições de Ocorrência da Isomeria Óptica - 1ª Condição ( Necessária ) : ASSIMETRIA MOLECULAR - 2ª Condição ( Suficiente ) : presença de pelo menos 01 carbono assimétrico Isômeros Ópticos São os compostos isômeros que satisfazem as condições de ocorrência para a isomeria óptica e que, portanto, atuam ou não no desvio do plano da luz polarizada ( p.l.p ) Os isômeros ópticos apresentam iguais propriedades físicas e químicas, mas diferentes propriedades fisiológicas e diferentes formas de atuação no p.l.p . . Conceitos - Isômeros Ópticos Ativos ( I.O.A ) : são os que provocam desvio no p.l.p - Isômeros Ópticos Inativos ( I.O.I ) : são os que não provocam desvio no p.l.p - Isômeros DEXTRÓGIROS ( d ) : são os isômeros opticamente ativos que desviam o p.l.p de um certo ângulo para a direita. - Isômeros LEVÓGIROS ( l ) : são os isômeros opticamente ativos que desviam o p.l.p de um certo ângulo para a esquerda. - Isômeros RACÊMICOS ( dl) : são misturas equimolares ( igual quantidades de mol de moléculas ) dos isômeros “d” e “ l ” e que, por isso mesmo, são opticamente inativas, pois se os isômeros d , desviam o p.l.p para a direita ( + ) , os isômeros l desviam o p.l.p para a esquerda ( - ) , o que provoca um desvio final igual a zero ( desvio = + - = 0 ) . - O par de isômeros ópticos contrários, dextrógiro e levógiro, são chamados de antípodas ópticos ou enanciômeros ou enantiômeros ou enantiomorfos , e são como se fossem a imagem especular ( imagem de espelho ) um do outro. Prof. Luciano Cardoso 18 Enanciômeros do Ácido Láctico ( ácido 2-hidróxipropanóico ) espelho plano Prof. Luciano Cardoso 19 Casos de Ocorrência de Isômeros Ópticos 1º CASO : Presença de 1 C* na molécula : Ex. : ácido 2-hidróxipropanóico ( ácido láctico ) OH | H3C – C* - COOH | H Representação tetraédrica : OH HO H3C COOH HOOC CH3 espelho H H Ácido láctico – d Ácido láctico – l Mistura de igual quantidade de mols do isômero d e do isômero l => racêmico : Ácido láctico - dl Conclusão : 1 ativo : isômero d 2 ativos 1 C* na molécula => 3 isômeros ópticos ópticos 1 ativo : isômero l 1 inativo : isômero dl 1 inativo ( racêmico ) Prof. Luciano Cardoso 20 2º CASO : Presença de 2 C* diferentes na molécula : Ex.: ácido 3-bromo,2-clorobutanóico Br Cl | | H3C – CA* - CB* - COOH o CA* - é responsável pelo desvio do p.l.p de um certo ângulo | | o CB* - é responsável pelo desvio do p.l.p de um certo ângulo H H ( ) Possibilidades para os isômeros ópticos : . 1ª Possibilidade : o CA* , desvia o p.l.p de um ângulo para a direita ( + ) o CB* , desvia o p.l.p de um ângulo para a direita ( + ) Representação Tetraédrica - cada C* assimétrico da molécula é representado por um tetraedro : H H Br CH3 H3C Br + - + - HOOC Cl Cl COOH H espelho H Ácido 3-bromo,2-clorobutanóico - d1 Ácido 3-bromo,2-clorobutanóico - l1 Ácido 3-bromo,2-clorobutanóico - dl1 Prof. Luciano Cardoso 21 . 2ª Possibilidade : o CA* , desvia o p.l.p de um ângulo para a direita ( + ) o CB* , desvia o p.l.p de um ângulo para a esquerda ( - ) Representação tetraédica - cada C* assimétrico da molécula é representado por um tetraedro : H H H3C Br Br CH3 + - - + HOOC Cl Cl COOH H espelho H Ácido 3-bromo,2-clorobutanóico - d2 Ácido 3-bromo,2-clorobutanóico - l2 Ácido 3-bromo,2-clorobutanóico - dl2 4 isômeros ativos : d1 e l1 d2 e l2 Conclusão : 2 C* diferentes na molécula => 6 isômeros ópticos 2 isômeros inativos : dl1 e dl2 ( racêmicos ) Prof. Luciano Cardoso 22 3º CASO : Presença de 2 C* iguais na molécula : Ex.: ácido 2,3-dihidróxibutanóico OH OH | | H3C – CA* - CB* - COOH os CA* e CB* , desviam o p.l.p de um mesmo ângulo para a | | direita ou para a esquerda H H ângulo Representação Tetraédrica - cada C* assimétrico da molécula é representado por um tetraedro : . 1ª Possibilidade : os CA* e CB* , desviam o p.l.p de um certo ângulo + para a direita H H H3C OH HO CH3 + - - HOOC OH + HO COOH H espelho H Ácido 2-hidróxibutanóico – d Ácido 2-hidróxibutanóico – l Ácido 2-hidróxibutanóico – dl Prof. Luciano Cardoso 23 . 2ª Possibilidade : o CA* , desvia o p.l.p de um ângulo para a direita ( + ) o CB* , desvia o p.l.p de um ângulo para a esquerda ( - ) Representação Tetraédrica - cada C* assimétricoda molécula é representado por um tetraedro : H H3C OH + ( os ângulos + e - se anulam ) - HOOC OH H . Note que neste caso, sendo os ângulos iguais, e cada C* da molécula rotacionando para lados opostos, o desvio total do p.l.p é igual a zero ; portanto, esta molécula é considerada opticamente inativa e é chamada de isômero MESO . . Um isômero MESO, apesar de ser considerado opticamente inativo, não deve ser confundido com um isômero RACÊMICO ( que também é inativo ) , pois, este, é uma mistura eqüimolar ( = quantidade de mols de moléculas ) dos isômeros d e l , enquanto o isômero MESO tem origem a partir de uma única molécula que apresenta seus carbonos assimétricos se auto anulando por rotacionarem o p.l.p de ângulos iguais, porém para lados contrários . . Racêmico : inativo por compensação externa, pois trata-se de uma mistura na qual o desvio zero é provocado, por iguais quantidades de mols de moléculas do dextrógiro e do levógiro que apresentam efeitos ópticos contrários . . Meso : inativo por compensação interna, pois a compensação se dá “ dentro “ da própria molécula , onde o desvio provocado por um dos C* é neutralizado pelo desvio provocado pelo outro C* , uma vez que estes C, desviam o p.l.p de um mesmo ângulo, porém para lados opostos . Prof. Luciano Cardoso 24 Ocorrência dos Isômeros Ópticos – Resumo 1) Presença de 01 C* => 3 isômeros => 2 ativos ( 1 D + 1 L ) + 1 racêmico 2) Presença de 02 C* diferentes => 6 isômeros => 4 ativos ( D1 , D2 , L1 , L2 ) + 2 racêmicos ( (DL)1 e (DL)2 3) Presença de 02 C* iguais => 4 isômeros=> 2 ativos ( 1D + 1 L ) + 2 inativos ( 1 racêmico + 1 meso ) Cálculo do número de isômeros ópticos . Expressões de Le Bel e Van’t Hoff ( válidas apenas para quando a existência de C* diferentes ) - I.O.A = 2 n ( dextrógiros e levógiros ) => em que n = nº de C* diferentes - I.O.I = 2 n - 1 ( racêmicos ) EXERCÍCÍOS 1) O que é a Luz do ponto de vista da Física ? 2) O que é Luz Polarizada ? 3) O que é o Prisma de Nicol ? 4) Quando uma substância é considerada opticamente ativa ? 5) Quando uma substância é consoderada dextrógira ? E levógira ? 6) O que é carbono assimétrico ? Exemplifique. 7) Quais as condições ( necessária e suficiente ) para a ocorrência da isomeria óptica ? 8) Identificar nas estruturas dadas em aula pelo professor, os carbonos assimétricos. 9) Construa as fórmulas espaciais, utilzando o modelo tetraédrico, e escreva os nomes ópticos derivados do : a- s-butilamina b- 2,3-dinitrobutano c- 3-hidróxi-s-butilamina d- 2-metilbutanal 10) O que são antípodas ópticos ou enanciômeros ? 11) O que é mistura racêmica ? 12) Quando há ocorrência de isômeros Meso ? Exemplifique. 13) Utilizando as expressões de Le Bel e Van’t Hoff, calcule quantos isômeros são possíveis para as estruturas a serem dadas em aula pelo professor. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 1 REAÇÕES ORGÂNICAS - Parte I : Tipos Básicos de Reações Orgânicas - Parte II : Reações de Substituição e Adição em Hidrocarbonetos . Alcanos . Alcenos / Alcinos . Ciclanos . Hidrocarbonetos Aromáticos - Parte III : Reações de Oxidação em Alcenos - Parte IV : Reações de Eliminação e Oxidação nos Álcoois - Parte V : Reações de Esterificação e de Saponificação http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Claisen_Rearrangement_Scheme.png Montagem : Prof. Luciano Cardoso 2 # REAÇÕES ORGÂNICAS PARTE I - TIPOS BÁSICOS DE REAÇÕES ORGÂNICAS 1) REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO : O átomo de H do composto orgânico é substituído pelo átomo B da molécula A-B 2) REAÇÕES DE ADIÇÃO : A B | | A) - C = C - + A – B - C – C - (os átomo A e B da molécula A – B se adicionam à molécula orgânica ) | | | | A B | | B) 1ª etapa : - C C - + A – B - C = C - ( adição parcial ) A B A B 2ª etapa : | | | | - C = C - + A – B - C – C - ( adição total ) | | A B Somando as duas etapas, tem-se: A B | | - C C - + 2 A – B - C – C - | | A B 3) REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO : A B | | - C – C - - C = C - + A – B ( os átomos A e B da molécula A – B , são eliminados da molécula orgânica ) | | | | Montagem : Prof. Luciano Cardoso 3 EXERCÍCIOS – TIPOS BÁSICOS DE REAÇÕES ORGÂNICAS . Classifique as reações orgânicas abaixo, como sendo de substituição, adição ou de eliminação : a) hidrogenação do propeno b) propeno + iodidreto 2-iodopropano c) 1,2-dicloropropano + zinco(s) propeno + cloreto de zinco d) cloroetano + hidróxido de potássio eteno + cloreto de potássio + água e) benzeno + iodometano metilbenzeno (tolueno) + iodidreto f) propano + ácido nítrico ( HO – NO2 ) 2-nitropropano PARTE II - REAÇÕES EM HIDROCARBONETOS A) SUBSTITUIÇÃO (por radicais livres) NOS ALCANOS - Alcanos : HC de cadeia carbônica aberta e saturada ; apresentam fórmula molecular geral CnH2n+2 São também chamados de “parafinas” ( do latim : parum = pouca ; affinis = afinidade apresentarem reatividade química muito baixa . Os alcanos fornecem reações de substituição de um (ou mais) átomo de hidrogênio de sua cadeia, por outros átomos provenientes das moléculas que com ele reagem. Devido à baixa reatividade dos alcanos, as reações de substituição que com eles ocorrem, devem acontecer em condições energéticas favoráveis, o que se consegue na presença de luz ultravioleta ( / U.V ) ou aquecimento. . Esquema geral da substituição nos alcanos : alcano alcano substituído Reatividade dos átomos de C e de H nas reações de substituição : Quando aumenta a complexidade da cadeia que sofrerá a substituição, a quantidade de hidrogênios que podem ser substituídos também aumenta. Com isso, não ocorre a formação de somente um produto. Existe somente uma verificação prática que mostra a facilidade de reação de cada um dos tipos de hidrogênio da cadeia : H de C terciário > H de C secundário > H de C primário Ordem de reatividade / facilidade de substituição dos átomos de H Montagem : Prof. Luciano Cardoso 4 TIPOS DE REAÇÃO DE SUBSTITUIÇÃO NOS ALCANOS : 1)Reação de Halogenação : Quando o alcano reage com halogênios ( X2 ). - X2 => F2 , Cl2 , Br2 , I2 . Reatividade dos halogênios nas reações de substituição dos alcanos : F2 >>> Cl2 >> Br2 > I2 - OBS. : . o F2 por apresentar reatividade muito grande, pode dificultar a reação de substituição ; por ser muito exotérmica, a reação torna-se violenta. . sendo os alcanos e o I2 pouco reativos, a reação de substituição com o iodo quase não acontece ; . por apresentarem reatividades intermediárias, o Cl2 e o Br2 , são os mais recomendados para participarem das reações de substituição em alcanos ; . as reações de halogenação recebem nomes específicos de acordo com o halogênio reagente que estiver sendo utilizado : F2 : fluoração ; Cl2 : cloração ; Br2 : bromação ; I2 : iodação . Exemplos de Reações de Halogenação a) Cloração do metano /UV H3C – (H + Cl ) – Cl H3C – Cl + HCl ( monocloração ) metano cloro clorometano ( bicloração ) ( tricloração ) Montagem : Prof. Luciano Cardoso 5 (cloração total) b) Bromação do etano /UV H3C – CH2 – (H + Br ) – Br H3C – CH2 – Br + HBr ( monocloração ) etano bromo bromoetano c) Cloração do propano Já os alcanos com 3 ou mais átomos de carbono sofrem esta reação fornecendo uma mistura de compostos e ocorrendo em maior quantidade a reação que aconteceu no carbono mais reativo. - Exemplos . cloração do propano e cloração do metilpropano : Montagem : Prof. Luciano Cardoso 6 Como se viu, através das reações orgânicas de substituição ocorridas em alcanos, são obtidos compostos halogenados ( haletos orgânicos ) . Os compostos orgânicos halogenados são utilizados, via de regra como : matéria-primas para sínteses orgânicas solventes desengraxantes para metais produtos para lavagem de roupas a sêco anestésicos fabricação de anti-detonantes da gasolina ( tetra etil chumbo ) lubrificantes inertes matéria-prima para a fabricação de plásticos de alta resistência química (telfon) inseticidas medicamentos etc. 2) Reação de Nitração : Quando o alcano reage com ácido nítrico ( HNO3 / HO – NO2 ) Através de reações de nitração, são obtidos nitrocompostos, que de uma maneira geral apresentam as seguintes utilizações : solventes e como intermediários na produção de outros compostos orgânicos perfumes explosivos produção de aminas aromáticas e corantes orgânicos medicamentos etc. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 7 3) Reação de Sulfonação : Quando o alcano reage com ácido sulfúrico ( H2SO4 / HO – SO3H ) /UV H3C-(H + HO)-SO3H H3C – SO3H + HOH metano acido sulfúrico ácido metanossulfônico Através de reações de nitração, são obtidos ácidos sulfônicos, que de uma maneira geral apresentam as seguintes utilizações : detertgentes medicamentos adoçantes sínteses orgânicas etc. EXERCÍCIOS – Reações dos Alcanos 1) Equacione : a) cloração do butano b) nitração do metilbutano c) sulfonação do etano d) nitração do 2,3-dimetilbutano e) cloração do 2-metilbutano 2) Mostre quantos compostos mono halogenados são obtidos ao se proceder a mono cloração do 2- metilbutano ? B) ADIÇÃO EM ALCENOS Alcenos ou Alquenos são hidrocarbonetos alifáticos insaturados por uma dupla-ligação de fórmula geral CnH2n . São também conhecidos como olefinas. O alceno mais importante é o etileno: Montagem : Prof. Luciano Cardoso 8 Os alcenos fornecem reações de adição eletrofílica, que são reações do tipo : . Hidrogenação catalítica ( método de Sabatier – Senderens) É a reação com H2 , na presença de Ni ou Pd como catalisador. Exemplo É uma adição em que o ataque se dá ao mesmo tempo e de um mesmo lado (CIS). II. Halogenação em alcenos Os alcenos adicionam halogênios, formando di-haletos. Os produtos das reações de alcenos com halogênios são de consistência oleosa, daí o nome olefina dado a esses hidrocarbonetos. III. Halogenidretos em alcenos Os alcenos adicionam halogenidretos (HCl, HBr, HI, HF), formando haletos de alquila. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 9 1) Regra de Markovnikov Nas reações de adição, a porção positiva (H+) a adicionar dirige-se para o carbono mais hidrogenado da insaturação. Exemplo 2) Regra de Karash Na presença de peróxido (O2) 2– ocorre inversão da regra de Markovnikov (o halogenidreto usado deve ser o brometo de hidrogênio HBr). IV. Hidratação de alcenos São reações que envolvem o hidrocarboneto alceno e água na presença de catalisador e em meio ácido. C) ADIÇÃO EM ALCINOS Alcinos são hidrocarbonetos alifáticos insaturados por uma única tripla ligação, são também denominados de hidrocarbonetos acetilênicos. Sua fórmula geral é CnH2n – 2. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 10 . Reações de Adição à Tripla Ligação Os alcinos apresentam propriedades químicas regidas pela presença da tripla ligação. São mais reativos que os respectivos alcenos, pois têm maior densidade eletrônica, sendo as das ligações pi ( ) mais vulneráveis. A reação de adição acontece tanto em alcino falso quanto com os verdadeiros. O ponto vulnerável é a tripla ligação e, em particular, as duas ligações pi ( ), que podem sofrer adições gradativas, dependendo do reagente e das condições energéticas da reação. Hidrogenação É a reação com hidrogênio, na presença de catalisadores. Por hidrogenação moderada os alcinos dão alcenos e em condições mais energéticas dão alcanos. Halogenação É a reação com halogênios (F2, Cl2, Br2, I2) que deve ser feita com cuidado, sendo difícil de controlar. Adição com HX (Halogenidretos = HCl, HBr, HI, HF) É a reação com haletos de hidrogênio que pode ocorrer em etapas e segue a regra de Markovnikov, dando no final di-haletos gêmeos (halogênio no mesmo carbono). Montagem : Prof. Luciano Cardoso 11 Adição de Água Os alcinos reagem com água na presença de H2SO4 e a solução de H +. Essa reação produzirá enol, que, por tautomerização, produzirá o correspondente composto carbonílico. Essa reação também obedece à regra de Markovnikov. Observação – Em decorrência da regra de Markovnikov, os alcinos falsos ou verdadeiros produzem cetona, e apenas o acetileno produz aldeído. A adição de água ao acetileno para formar acetaldeído, que pode ser oxidado a ácido acético (vinagre), é um processo extremamente importante dentro da indústria. EXERCÍCIOS – Reações dos Alcenos e dos Alcinos 1) Equacione as reações abaixo : a) cloração do but-2-eno b) 2-metilprop-1-eno com cloridreto c) hidratação do but-1-eno d) hidrogenação do propeno 2) Efetue o que se pede abaixo : A – Dê a reação do 2-metil-but-2-eno com bromidreto na presença de luz/peróxido . B – Mostre que haleto é obtido fazendo-se reagir but-1-eno com ácido clorídrico ? 3) Equacione : a) etino + 1 mol de hidrogênio b) etino + 2 mols de hidrogênio c) propino + cloridreto d) hidratação do acetileno Montagem : Prof. Luciano Cardoso 12 D) REAÇÕES NOS CICLANOS (ou cicloalcanos) Ciclanos ou cicloalcanos são hidrocarbonetos cíclicos saturados, de fórmula geral CnH2n, também conhecidos como cicloparafinas. Os mais importantes ciclanos são: Teoria das Tensões dos Anéis, de Bayer Foi em 1885 que Adolf von Bayer propôsuma teoria para explicar o comportamento diferente dos ciclanos. O ângulo formado por ligações simples com duas unidades de covalência do carbono pode ser matematicamente determinado e seu valor é de 109°28’. Ângulo de Estabilidade Total entre as Ligações. Num ciclo de 3 átomos de carbono, o ângulo formado entre duas unidades de covalência é de 60°. Existe, portanto, grande tensão no ciclo e sua tendência é de abrir; daí a facilidade com que há reação de adição com ruptura do ciclo. Num ciclo com 4 átomos de carbono, o ângulo formado entre duas unidades de covalência do carbono no ciclo é de 90°: Neste caso, a tensão é menor e a estabilidade do ciclo é maior que o ciclopropano. Mas a tensão no ciclobutano continua, portanto, da reação de adição com ruptura do ciclo. Num ciclo com 5 átomos de carbono, o ângulo formado entre duas unidades de covalência do carbono no ciclo é de 108°: Montagem : Prof. Luciano Cardoso 13 Praticamente não há tensão no ciclo, daí então sua grande estabilidade. Porém, mesmo com esta tensão mínima, pode haver reação de adição com ruptura do ciclo em condições enérgicas. A teoria de Bayer não não foi satisfatória para explicar a grande estabilidade dos ciclos com seis ou mais átomos de carbono, porque admitia que os seis ou mais átomos de carbono do ciclo estavam num mesmo plano, e, sendo assim, haveria tensão no ciclo. Assim, no cicloexano, se os seis átomos de carbono estivessem num mesmo plano, o ângulo formado entre duas unidades de covalência do carbono no ciclo seria 120º, e haveria tensão no ciclo, pois o ângulo normal é 109º 28’. A partir do ciclo de 6 átomos de carbono, à medida que aumentasse o número de átomos de carbono no ciclo, deveria diminuir a sua estabilidade, pois aumentaria a tensão, o que está em desacordo com a prática, pois estes ciclos são muito estáveis. Resumindo temos: Montagem : Prof. Luciano Cardoso 14 . Teoria de Sasche-Mohr Em 1890, Sasche admitiu que nos hexaciclos, heptaciclos etc. os átomos de carbono não estão num mesmo plano, e, sendo assim, o ciclo pode se formar sem tensão. De fato, com o auxílio dos modelos de átomos de carbono, podem-se construir os hexaciclos, heptaciclos etc., e verificar que os átomos de carbono se distribuem em diversos planos e o ciclo não apresenta tensão alguma. Sasche em sua teoria admitiu que, num hexaciclo, os seis átomos de carbono podem se dispor espacialmente de duas maneiras diferentes. Hexaciclo em forma de C (ou forma de barco) e hexaciclo em forma de Z (ou forma de cadeira. Em ambas as formas não existe tensão no ciclo, pois o ângulo de ligação é 109°28’. Com a teoria, de Sasche surgiu o problema: deveriam existir dois isômeros do cicloexano, correspondentes às formas C e Z. Na prática, porém, não se verifica este tipo de isomeria. Mohr, com auxílio dos modelos de átomos de carbono, demonstrou que, facilmente, a forma C passa para a forma Z e vice-versa com uma ligeira torção no ciclo. Mohr admitiu então que no cicloexano as moléculas com ciclo na forma C estão continuamente se convertendo em moléculas com ciclo na forma Z e vice-versa, não se podendo isolar uma das formas, que seria um dos isômeros.] Portanto, os ciclanos com 6 ou mais de 6 carbonos são estáveis e por isso não existe ruptura na ligação do seu ciclo, portanto, só apresentam reação de substituição. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 15 I. Hidrogenação Os ciclanos com três átomos de carbono no ciclo adicionam hidrogênio, na presença de níquel, à temperatura relativamente baixa (120 °C); os ciclanos com quatro átomos de carbono no ciclo também adicionam hidrogênio, na presença de níquel, à temperatura mais alta (200 °C); os ciclanos com cinco átomos de carbono no ciclo adicionam hidrogênio, na presença de níquel, à temperatura ainda mais alta (300 °C). Os ciclanos com seis átomos de carbono no ciclo não adicionam hidrogênio. Em resumo os três primeiros ciclanos (ciclopropano, ciclobutano e ciclopentano) dão reação de adição e os demais ciclanos, reação de substituição. Por exemplo: II. Halogenação Montagem : Prof. Luciano Cardoso 16 III. Reação com Halogenidreto (HCl, HBr, HI) Quadro Resumo – Reações dos Ciclanos Ciclano H2 (hidrogenação) X2 (halogenação) HX (halogenidreto) ciclopropano adição adição adição ciclobutano adição adição Adição Ciclopentano adição substituição não ocorre cicloexano não ocorre substituição não ocorre EXERCÍCIOS – Reações dos Ciclanos . Equacione as reações : a) ciclopropano com cloridreto b) cloração do ciclobutano c) hidrogenação do ciclobutano d) cloração do ciclopentano e) hidrogenação do cicloexano Montagem : Prof. Luciano Cardoso 17 E) REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO EM HC AROMÁTICOS E DERIVADOS Os hidrocarbonetos aromáticos são o benzeno, seus derivados e outros compostos que a ele se assemelham. Alguns aromáticos importantes: A característica química do núcleo benzênico são as reações de substituição eletrófila aromática, que consistem na substituição de hidrogênio por outros átomos ou grupos de átomos: 1. Halogenação no Benzeno O cloro e o bromo na presença de AlCl3 como catalisador dão reação de substituição com o benzeno, sendo que o iodo não reage com esse hidrocarboneto. 2. Nitração no Benzeno Os hidrocarbonetos aromáticos reagem com mistura sulfonítrica (HNO3 concentrado e H2SO4 conc.) formando nitroderivados aromáticos. 3. Sulfonação do Benzeno Os hidrocarbonetos aromáticos reagem com H2SO4 fumegante, com ligeiro aquecimento por meio de reação de substituição. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 18 4. Alquilação (Reação de Friedel-Crafts) São reações que ocorrem envolvendo hidrocarbonetos aromáticos e haletos orgânicos. 5. Acilação ( Reação de Friedel-Crafts) São reações que ocorrem envolvendo hidrocarbonetos aromáticos e haletos de ácido. 6. Grupos Dirigentes As posições 1,2; 1,3; 1,4 nos compostos aromáticos são chamadas, respectivamente, de posições orto, meta, para. Exemplos Quando um radical estiver ligado ao anel benzeno ou a um grupo funcional, estes dirigirão a substituição e serão denominados radicais dirigentes. Os radicais dirigentes podem ser agrupados em duas classes: Montagem : Prof. Luciano Cardoso 19 I. Grupos orto e para dirigentes São radicais que, quando ligados ao núcleo aromático, orientam as substituições exclusivamente para as posições orto e para. Simbolicamente, representamos estes radicais por X. Os principais radicais orto-para dirigentes: Exemplos a) Monocloração do tolueno (metilbenzeno). pois o radical metil (– CH3) é orto-para dirigente. b) A trinitração do tolueno produz o trinitro-tolueno(TNT), usado como explosivo. II. Grupos meta dirigentes São os radicais que, quando ligados ao núcleo aromático, orientam as substituições exclusivamente para as posições meta Representamos simbolicamente por Y: São os seguintes os principais radicais metadirigentes: Montagem : Prof. Luciano Cardoso 20 Exemplo Monocloração do nitrobenzeno: 7. Outras Reações do Benzeno e seus Derivados I. Hidrogenação É lenta e necessita de temperatura e pressão elevadas devido à grande estabilidade do anel benzênico. Exemplo II. Oxidação A utilização de oxidante como /H+ (KMnO4 / H2SO4 ) ou K2Cr2O7 / H2SO4 a quente provoca oxidação da cadeia lateral mas nunca afeta o anel benzeno. A oxidação sempre acontece no carbono ligado ao anel (carbono ). Através dessa reação, podem-se sintetizar ácidos carboxílicos aromáticos. Exemplos Montagem : Prof. Luciano Cardoso 21 III. Substituição na cadeia lateral Importante observar as diferenças de condições da reação: EXERCÍCIOS– Reações dos HC Aromáticos 1) Equacione as reações : a) sulfonação do nitrobenzeno b) nitração do hidróxibenzeno c) nitração da fenilamina d) sulfonação do ácido benzóico e) nitração do cianeto de fenila 2) Equacione a binitração do nitrobenzeno. 3) Dê as reações de : a) cloração do tolueno a quente e a frio b) sulfonação do naftaleno a 600 C e 1600C c) tricloração do tolueno a frio d) hidrogenação do benzeno a 200 atm e 3000c * ( ocorre adição ) e) cloração do benzeno na presença de radiação U.V * ( ocorre adição ) f) benzeno com brometo de etila g) benzeno com cloreto de etanoíla Montagem : Prof. Luciano Cardoso 22 PARTE III - REAÇÕES DE OXIDAÇÃO EM ALCENOS Oxidação Branda de Alcenos Os alcenos são oxidados pelo KMnO4 (permanganato de potássio) em meio básico (NaHCO3 ou Na2CO3) ou meio neutro, formando diálcoois vicinais denominados glicóis. O oxidante brando mais usado é o KMnO4/NaHCO3, conhecido como reativo de Bayer. Em meio alcalino o KMnO4 é um oxidante brando, dando-se a seguinte reação: Exemplo de oxidação branda de alcenos: Importante!! Em função da cor violeta da solução de KMnO4, a reação de Bayer pode ser aplicada para se distinguir um alceno do ciclano isômero; com KMnO4 em meio alcalino o ciclano não reage. Oxidação Enérgica de Alcenos São exemplos de oxidantes enérgicos: mistura sulfopermangânica (KMnO4/ H2SO4) e mistura sulfocrômica (K2Cr2O7/ H2SO4). O KMnO4 , em meio ácido, é um oxidante enérgico, dando-se a reação: Um alceno, quando submetido a um oxidante enérgico, sofre oxidação com ruptura da dupla ligação, podendo haver formação de ácidos carboxílicos, cetonas ou gás carbônico. * Haverá formação de gás carbônico em vez de ácido metanóico se a dupla ligação estiver localizada na extremidade da cadeia; isso acontece porque o ácido metanóico possui a propriedade de ser atacado pelo oxigênio, pois o ácido fórmico apresenta caráter redutor. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 23 Exemplos Quando o alceno apresentar ramificações nos carbonos da dupla ligação, obteremos cetona ao invés de ácido carboxílico. Aplicação da Oxidação Enérgica A reação com KMnO4/H2SO4 pode ser empregada na localização da dupla ligação de um alceno desconhecido, além de se constituir num método para obtenção de cetonas e/ou ácidos carboxílicos. Exemplo Um alceno produz com KMnO4/ H2SO4 , ácido propanóico e butanona: O alceno é: Observação Montagem : Prof. Luciano Cardoso 24 A reação de um composto orgânico com oxigênio atômico ou molecular é uma reação de oxidação do composto orgânico, pois o número de oxidação ou Nox do carbono aumenta. O permanganato de potássio é chamado de agente oxidante. Outro agente oxidante muito empregado em Química Orgânica é o dicromato de potássio (K2Cr2O7). Ozonólise de Alcenos É a reação com ozônio (O3), formando ozonetos ou ozonídeos, seguida por hidrólise (quebra pela água) do ozoneto formado, o que permite a obtenção de aldeído e/ou cetona com formação de peróxido de hidrogênio. O produto obtido depende do tipo de cada carbono que faz a ligação dupla: A – Se ambos os carbonos que fazem a ligação dupla forem primários ou secundários, obteremos apenas aldeído. B – Se ambos os carbonos que fazem a ligação dupla forem terciários, obteremos apenas cetonas. C – Se um dos carbonos que fazem a ligação dupla for primário ou secundário e o outro terciário, obteremos uma mistura de aldeído e cetona. Exemplos – Ozonólise do 2-metil-2-buteno – Ozonólise do 2-buteno – Ozonólise do 2,3-dimetil-2-buteno Montagem : Prof. Luciano Cardoso 25 Observação Para evitar a oxidação do aldeído pela água oxigenada, deve-se utilizar zinco na reação. A ozonólise caracteriza-se pela sua seletividade de não produzir ácidos carboxílicos. Aplicação da Ozonólise 1) Método de obtenção de aldeídos e cetonas 2) Determinação da posição da dupla ligação na molécula. Para isso proceder da seguinte maneira: eliminar os átomos de oxigênio das duas moléculas resultantes e unir por dupla ligação os carbonos do radical funcional. Exemplo Um alceno forneceu por ozonólise aldeído acético e propanona. Qual é o alceno? O alceno é, portanto: 2-metil-2-buteno Combustão completa dos alcenos : CnH2n + 3n/2 O2 n CO2 + n H2O EXERCÍCIOS – Reações de Oxidação em Alcenos 1) Determine os produtos obtidos na : a- oxidação branda do 2,3-dimetil-pent-2-eno b- oxidação enérgica do 2,3-dimetil-pent-2-eno c- oxidação enérgica do 2-metilpropeno 2) Mostre qual é o alceno que por oxidação drástica produz como único produto o ácido acético. 3) Mostre qual é o alceno que por oxidação drástica produz a acetona e o ácido acético. 4) Equacione a oxidação branda do prepeno. 5) Complete : ciclopropano + reagente de bayer ? 6) Descubra qual é o alceno que por ozonólise produz somente butanona como composto orgânico. 7) Que alceno produz por ozonólise etanal e butanona ? 8) Quais produtos se formam na ozonólise d0 2,3-dimetil-bu-t2-eno ? 9) Equacione as reações de combustão dos alcenos : a- but-2-eno b- C8H16 10) A queima completa nas CNTP , de 1 mol de pent-1-eno, gera qual volume de gás ? Montagem : Prof. Luciano Cardoso 26 PARTE IV - REAÇÕES DOS ÁLCOOIS Álcoois são composto orgânicos que apresentam o grupo “ – OH “ ligado a átomo de C saturado. . Classificação : 1) Número de -OH : - 1 OH : monoálcool - 2 OH : diálcool - 3 OH : triálcool - 4 OH: tetra-álcool - 5 OH em diante : poliálcool 2) Posição do OH : - OH em C primário : álcool primário - OH em C secundário : álcool secundário - OH em C terciário : álcool terciário . Nomenclatura : - IUPAC (oficial ) : prefixo de C + AN + OL H3C – OH : met + an + ol => metanol H3C – CH2 – OH : et + an + ol => etanol H3C – CH2 – CH2 – OH : prop + an + 1 + ol => propan-1-ol H3C – CH –CH3 : prop + an + 2 + ol => propan-2-ol | OH - Não Oficial : álcool + nome do grupo onde se liga o OH + ico H3C – OH : álcool metílico H3C – CH2 – OH : álcool etílico H3C – CH2 – CH2 – OH : álcool propílico H3C – CH –CH3 : álcool isopropílico | OH Montagem : Prof. Luciano Cardoso 27 | - Nomenclatura de Kolbe : - C – OH => Carbinol | H3C – OH : carbinol H3C – CH2 – OH : metil carbinol H3C – CH2 – CH2 – OH : etil carbinol . Os Álcoois mais comuns O METANOL ( CH3 – OH ) O metanol, também conhecido como álcool metílico, é um composto químico com fórmula química CH3OH. Líquido, inflamável, possui chama invisível, fundindo-se a cerca de -98 °C. Obtenção O metanol, ou ainda o álcool da madeira, pode ser preparado pela destilação seca de madeiras, seu processo mais antigo de obtenção, e de onde, durante muito tempo, foi obtido exclusivamente. Atualmente é obtido pela reação do gás de síntese (produzido a partir de origens fósseis, como o gás natural), uma mistura de H2 com CO passando sobre um catalisador metálico a altas temperaturas e pressões. Esta reação é uma redução catalítica do monóxido de carbono, e processa-se a temperatura de cerca de 300°C e pressões de 200 a 300 atm. É utilizado como catalisador uma mistura de óxidos metálicos como óxido de cromo (III) (Cr2O3) e óxido de zinco (ZnO). [1] A equação da reação é: CO + 2 H2 → H3C-OH Ele também pode ser produzido a partir da cana-de-açúcar. Usos O metanol é principalmente um solvente industrial, pois ele dissolve alguns sais melhor do que o etanol;é utilizado na indústria de plásticos, na extração de produtos animais e vegetais, e como solvente em reações de importância farmacológica, como no preparo de colesterol, vitaminas e hormônios. É matéria prima na produção de formaldeído. É usado no processo de transesterificação da gordura, para produzir biodiesel. É usado como combustível em algumas categorias de monopostos dos EUA (ex: Champ Car, IRL, Dragster). As equipes e o piloto são instruidos de como agir diante de um incêndio provocado por um acidente. Como o fogo não é visível é preciso jogar água em todos os cantos onde supostamente está ocorrendo e no próprio piloto e membros da equipe se for o necessário. http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81lcool http://pt.wikipedia.org/wiki/Composto_qu%C3%ADmico http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_qu%C3%ADmica http://pt.wikipedia.org/wiki/Celsius http://pt.wikipedia.org/wiki/Destila%C3%A7%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_de_s%C3%ADntese http://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%ADvel_f%C3%B3ssil http://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_natural http://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_natural http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrog%C3%AAnio http://pt.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbono http://pt.wikipedia.org/wiki/Catalisador http://pt.wikipedia.org/wiki/Redox http://pt.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1lise http://pt.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbono http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_cromo_(III) http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_zinco http://pt.wikipedia.org/wiki/Metanol#cite_note-SAFFIOTI-0#cite_note-SAFFIOTI-0 http://pt.wikipedia.org/wiki/Cana-de-a%C3%A7%C3%BAcar http://pt.wikipedia.org/wiki/Solvente http://pt.wikipedia.org/wiki/Etanol http://pt.wikipedia.org/wiki/Farmacologia http://pt.wikipedia.org/wiki/Colesterol http://pt.wikipedia.org/wiki/Vitaminas http://pt.wikipedia.org/wiki/Horm%C3%B4nios http://pt.wikipedia.org/wiki/Mat%C3%A9ria_prima http://pt.wikipedia.org/wiki/Formalde%C3%ADdo http://pt.wikipedia.org/wiki/Transesterifica%C3%A7%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Gordura http://pt.wikipedia.org/wiki/Biodiesel http://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%ADvel http://pt.wikipedia.org/wiki/Monoposto http://pt.wikipedia.org/wiki/EUA http://pt.wikipedia.org/wiki/Champ_Car http://pt.wikipedia.org/wiki/IRL http://pt.wikipedia.org/wiki/Dragster Montagem : Prof. Luciano Cardoso 28 Efeitos potenciais à saúde Inalação Causa leve irritação às membranas das mucosas. Tem efeito tóxico no sistema nervoso, particularmente no nervo óptico. Os sintomas da exposição incluem dor de cabeça, náusea, vômito, cegueira, coma e até a morte. Ingestão Tóxico. Irrita as membranas da mucosa. Pode causar intoxicação e cegueira. Dose fatal: 100 – 125 ml. Contato com a pele Pode deixar a pele seca e quebradiça. Se ocorrer absorção; sintomas parecidos com a inalação. Contato com os olhos Irritante. A exposição contínua pode causar lesões nos olhos. Exposição crônica Prejudica a visão e causa aumento do fígado (hepatomegalia). Repetidas ou prolongadas exposições podem causar irritação na pele. Agravo das condições pré-existentes Pessoas com desordens de pele, problemas nos olhos, ou com função prejudicada dos rins e fígado podem ser mais suscetíveis aos efeitos da substância. Tratamento da intoxicação Antigamente, o tratamento da intoxicação por metanol era feito à base de bebidas alcoólicas, principalmente Uísque. Sabe-se que o etanol, forma do álcool nas bebidas, liga-se com muita facilidade ao ácido fórmico tóxico, o principal metabólito do metanol, facilitando sua excreção. Para se alcançar o efeito desejado, é necessário levar o paciente a um estado de embriaguez. Isto equivale a 4 doses de 45ml de Uísque. Atualmente, este método é pouco utilizado devido aos avanços farmacológicos. Nas unidades de saúde com recursos, usam-se o fomepizol um antagonista competitivo da desidrogenase láctica. http://pt.wikipedia.org/wiki/Intoxica%C3%A7%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Cegueira http://pt.wikipedia.org/wiki/Olhos http://pt.wikipedia.org/wiki/Hepatomegalia http://pt.wikipedia.org/wiki/Rins http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADgado http://pt.wikipedia.org/wiki/Etanol http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_f%C3%B3rmico http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Fomepizol&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Desidrogenase_l%C3%A1ctica&action=edit&redlink=1 Montagem : Prof. Luciano Cardoso 29 O ETANOL ( H3C – CH2 – OH ) Usos Antissépticos, medicamentos, cosméticos, reagente analítico, solvente, combustível, bebidas alcóolicas, obtenção de outras substâncias orgânicas. Obtenção . Processo Industrial Sintético / Hidratação do etileno em meio ácidos CH2=CH2 + HOH CH3-CH2 –OH etileno água etanol . Processo Fermentativo ( a partir da cana-de-açúcar ) - 1ª Etapa : Inversão da sacarose invertase C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Sacarose glicose frutose dextrógira dextrógira levógira d d l ( l > d ) - 2ª Etapa : Fermentação propriamente dita zimase C6H12O6 2 CO2 + H3C – CH2 – OH glicose etanol A enzima zimase utilizada nessa etapa é produzida por um micro-organismo chamado : Saccharomyce Cerevisae Montagem : Prof. Luciano Cardoso 30 O etanol assim obtido é purificado antes de ser envaido para o consumo, ou por destilação Simples, ou por destilação fracionada. - Destilação Simples : utilizada em alambiques para a produção de cachaça . - Destilação Fracionada : dá origem a uma mistura azeotrópica binária ( com 96% de etanol + 4% de água ), que é o álcool mais puro que essa destilação pode obter. O Álcool Absoluto É o álcool puro, quase 100% anidro que pode ser obtido por um dos seguintes processos : - o tratamento da mistura azeotrópica binária obtida com benzeno, formará uma mistura azeotrópica ternária que arrastará consigo praticamente toda a água. - tratamento da mistura azeotrópica binária obtida com agentes secativos como o CaO e, depois destilação. O Álcool Comercial O etanol tem diversas aplicações diretas como : desinfetantes, combustível, bebidas, etc. . Contudo, para evitar que isso ocorra, adquiriu-se o hábito de se adicionar ao álcool, substâncias tóxicas, como o metanol, a piridina e outros, com finalidades tributárias. Assim, o chamado álcool comercial (desnaturado), por conter aditivos, torna-se mais barato que o usado para a fabricação de bebidas, denominado álcool de cereais. Graduação Alcóolica A porcentagem (%) ou teor de álcool numa solução aquosa pode ser determinada com o auxílio de dispositivos denominados “alcôometros” ( espécie de densímetro ) que expressam a gradua- ção de várias maneiras. A escala mais usada é chamada GAY-LUSSAC (GL) que fornece dire- tamente a porcentagem de álcool na mistura. O azeotrópico binário álcool-água, por exemplo, apresenta gradução alcóolica de 96 0GL. Isto é, possui 96 % de álcool e 4% de água. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 31 A GLICERINA OU PROPANO 1,2,3 –TRIOL ( H2C – CH –CH2 ) | | | OH OH OH Usos - umectante de massas industriais de pães e bolos - cosméticos - explosivos - medicamentos- dentefrícios - etc. Obtenção Hidrólise da gordura : gordura + água GLICERINA + sabão REAÇÕES DE OXIDAÇÃO ENÉRGICA DOS ÁLCOOIS I. Álcool Primário Os álcoois primários podem oxidar-se parcial ou totalmente. A oxidação parcial de um álcool primário produz aldeído, que é novamente oxidado e produz ácido carboxílico, o que nos leva a concluir que a oxidação total de um álcool primário terá como produto final um ácido carboxílico. A oxidação de um álcool primário a ácido carboxílico é possível porque o carbono do grupo – OH de um álcool primário possui, no mínimo, 2 ligações com hidrogênio. Um dos métodos para oxidar álcool primário a aldeído e depois a ácido carboxílico consiste em usar solução de dicromato de potássio, K2Cr2O7 , como agente oxidante. Essa solução que possui o íon dicromato tem coloração vermelho-alaranjada. Quando esse íon oxida o álcool, o cromo sofre redução, passando a Cr2O3 de coloração verde (esta reação é a que acontece nos bafômetros). Montagem : Prof. Luciano Cardoso 32 Caso Especial Oxidação do metanol (Possui 3 ligações com hidrogênio e, portanto, 3 pontos a serem oxidados na molécula.) II. Álcool Secundário Os álcoois secundários são oxidados a cetonas, pois o carbono do grupo – OH, neste caso, possui apenas 1 ligação com hidrogênio. Exemplo III. Álcool Terciário Como neste caso o carbono do grupo – OH não possui ligações com hidrogênio, os álcoois terciários não sofrem reação de oxidação. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 33 Combustão É uma reação que corresponde à queima de um composto que é alimentada pelo gás oxigênio, que recebe o nome de comburente. A combustão completa de compostos orgânicos, geralmente hidrocarbonetos e álcoois, produz dióxido de carbono (CO2) e água na forma de vapor. Se a combustão for incompleta, além de água pode haver a formação de carbono ou monóxido de carbono. Exemplo Combustão Completa a) CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O b) C2H2 + 5/2 O2 2CO2 + H2O c) C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O Observe que o balanceamento da equação deve ser feito considerando-se a combustão (queima) de um mol do composto orgânico, iniciando-se pelo carbono, em seguida hidrogênio e finalmente oxigênio, se for o caso. Combustão Incompleta Na combustão incompleta nota-se a presença de fuligem (carbono) e monóxido de carbono; isto se deve à quantidade insuficiente de oxigênio molecular (O2) para realizar a combustão total. REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO EM ÁLCOOIS Desidratação de Álcoois I. Desidratação Intramolecular de Álcoois Classificamos os álcoois em primários, secundários e terciários, conforme o grupo (–OH) esteja ligado a carbono primário, secundário ou terciário, respectivamente. A facilidade de desidratação é maior nos álcoois terciários, depois nos secundários e por último nos primários. Isso se deve à estabilidade do carbocátion formado na cisão heterolítica que ocorre no carbono que possuía a hidroxila –OH. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 34 Se esse carbono for terciário, o número de grupos alquila que irão doar elétrons, dispersando sua carga, será maior e, portanto, o carbocátion será mais estável. A desidratação intramolecular necessita de catalisador, H2SO4 ou Al2O3 e um aquecimento maior que a intermolecular. Exemplos: Quando houver a possibilidade de formar mais de um alceno, é o mais estável que se forma em maior quantidade. O alceno mais estável é aquele que apresenta o maior número de radicais orgânicos ligados aos átomos de carbono da dupla ligação. Estabilidade dos alcenos Portanto, podemos enunciar a regra de Saytzeff: “Na desidratação de álcool, formar-se-á o alceno mais estável”. Exemplo Concluindo, podemos dizer que na desidratação intramolecular do álcool forma-se alceno. II. Desidratação Intermolecular dos Álcoois Com um aquecimento mais brando que o usado para a desidratação intramolecular e na presença de ácido forte, os álcoois sofrem desidratação intermolecular, produzindo éteres. Portanto, desidratação intermolecular dos álcoois produz éter. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 35 PARTE V - REAÇÃO DE ESTERIFICAÇÃO Esta reação é a reação reversível de álcool com um ácido na formação de éster e água. Esta reação é utilizada na indústria para obtenção das essências de frutas (que são ésteres). Pode-se deslocar o equilíbrio para o lado do éster, por exemplo, retirando-se a água do equilíbrio, isto é, juntando-se um desidratante. Foi provado, experimentalmente, que na reação de esterificação o oxigênio do grupo OH do álcool permanece na molécula do éster e o oxigênio do grupo OH do ácido é eliminado sob a forma de H2O. Assim, fazendo a reação de um álcool marcado. com ácido, verificou-se que se forma éster pesado e não água pesada. Exemplo Esta reação é reversível e a reação inversa chama-se hidrólise do éster. . ÁCIDO GRAXO São ácidos carboxílicos de cadeia carbônica longa, com um número geralmente par de carbonos em sua estrutura : R – CH2 – CH2 - .............................................. – COOH cadeia carbônica longa com nº par de C Montagem : Prof. Luciano Cardoso 36 . TRI ESTERIFICAÇAÕ DE UM ÁCIDO GRAXO O O || || R - C – ( OH H )O – CH2 R – C – O – CH2 O O || || R - C – ( OH + H )O – CH R – C – O – CH + 3 H2O O O || || R - C – ( OH H )O – CH2 R – C – O – CH2 Ácido graxo glicerol / glicerina triéster de ácido graxo . Óleos e Gorduras - óleos: são triésteres INSATURADOS derivados de ácido graxo ; ou seja, na cadeia carbônica prevalecem ligações covalentes duplas. O || R – CH = CH ------ C – O – CH2 O || R – CH = CH ------ C – O – CH => óleo ( triéster insaturado ) O || R – CH =CH ---------C – O – CH2 Montagem : Prof. Luciano Cardoso 37 - gorduras: são triésteres SATURADOS derivados de ácido graxo ; ou seja, na cadeia carbônica prevalecem ligações covalentes simples . O || R – CH2 – CH2 ------ C – O – CH2 O || R – CH2 – CH2 ------ C – O – CH => gordura ( triéster saturado ) O || R – CH2 – CH2 ------ C – O – CH2 . Óleos e gorduras são apolares.REAÇÃO DE SAPONIFICAÇÃO ( Hidrólise Alcalina de Éster ) Exemplos: a) b) . R – COO- Na+ : sabão duro . R – COO- K+ : sabão mole http://www.algosobre.com.br/images/stories/quimica/tipos_de_reacao_10.jpg http://www.algosobre.com.br/images/stories/quimica/tipos_de_reacao_10.jpg Montagem : Prof. Luciano Cardoso 38 . AÇÃO DE LIMPEZA DE UM SABÃO OU EFEITO DETERGENTE : A ação de limpeza de um sabão ou de um detergente, deve-se ao princípio geral de solubilidade : “semelhante dissolve semelhante” : . substância POLAR dissolve substância POLAR . substância APOLAR dissolve substância APOLAR O sabão remove a gordura porque a parte apolar (hidrofóbica) de sua molécula é dissolvida na gordura, e a parte polar ( hidrofílica ) na água. Dessa maneira, formam-se micelas que ficam dispersas na água formando uma emulsão. As micelas não se aglomeram em razão da força de repulsão entre as carga negativas, dissolvidas na água. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 39 EXERCÍCIOS – Reações dos Álcoois e Reação de Esterificação 1) Qual é o nome oficial do dimetil-etil carbinol ? 2) Analisando a tabela abaixo que relaciona os pontos de ebulição das substâncias orgânicas de cadeia normal : Substância Massa Molecular (u) Ponto de Ebulição (0C) A 84 41 B 82 42 C 82 41 D 86 40 E 86 156,5 Qual das substâncias orgânicas relacionadas na tabela é um álcool ? Justifique a sua resposta. 3) O metanol é produzido industrialmente pelo aquecimento de dois gases a 3000C e 300 atm , em presença de catalisador de cobre. Quais são os dois gases reagentes ? 4) Equacione a obtenção do metanol a partir do carvão e água. 5) Escreva a equação simplificada de obtenção do etanol pelo método sintético. 6) Escreva as reações de obtenção do etanol através do processo fermentativo. 7) Escreva a reação de obtenção da glicerina ou glicerol. 8) Cite algumas aplicações do metanol, etanol e glicerina. 9) Equacione a desidratação intermolecular do propan-1-ol e intramolecular do propan-2-ol. 10) Equacione as oxidações energéticas do seguintes álcoois : a- propan-1-ol b- propan-2-ol c- 2-metil-propan-2-ol 11) O vinho é uma bebida alcóolica que depois de aberta deve ser logo consumida, pois pode azedar. Escreva a equação que explica este fato, dando o nome dos reagentes e produtos. 12) Automóveis a álcool produzem grande quantidade de aldeído. Com é produzido este aldeído ? 13) O que é reação de esterificação ? Exemplifique. 14) Dê a reação de esterificação que ocorre entre o ácido propanóico e o etanol. 15) O que é ácido graxo ? Exemplifique. 16) Equacione a esterificação entre o ácido esteárico e o glicerol. 17) Qual a diferença entre um óleo e uma gordura ? 18) Como se dá a saturação de um óleo ? 19) O que é saponificação ? Exemplifique. 20) O que é sabão duro ? E sabão mole ou líquido ? 21) Equacione: a- etanoato de etila + hidróxido de potássio b- butanoato de metila + hidróxido de cálcio 22) Explique a ação de limpeza dos sabões e detergentes. Montagem : Prof. Luciano Cardoso 40 # Materiais e referências utilizados na montagem desta apostila : . Apontamentos de aula Prof. Luciano Cardoso . Material didático Anglo Vestibulares . Curso de Química , Química Orgânica vol 3 – Sardela e Mateus. . http://www.profpc.com.br/index.htm . outros sites da WEB. ----------------------------------- Prof. Lu Cardoso Out/2010 http://www.profpc.com.br/index.htm Obtenção Usos Efeitos potenciais à saúde Inalação Ingestão Contato com a pele Contato com os olhos Exposição crônica Agravo das condições pré-existentes Tratamento da intoxicação
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