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APOSTILA – CTPP 2016 QUÍMICA ORGÂNICA Prof. Francis Emerson Santos CFQ - 053066 QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 2 QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 3 Sumário OBJETIVOS PEDAGÓGICOS.................................................................................................6 INTRODUÇÃO À QUÍMICA ORGÂNICA ...............................................................................7 ALGUNS EXEMPLOS DE COMPOSTOS ORGÂNICOS ................................................8 Os plásticos ........................................................................................................................8 Os medicamentos ..............................................................................................................8 Os seres humanos ............................................................................................................8 PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DO CARBONO ..........................................................9 Classificação dos átomos de carbono em uma cadeia ..................................................11 Exercícios de fixação ..........................................................................................................11 Classificação das cadeias carbônicas ..................................................................................14 1. Cadeias abertas (acíclicas ou alifáticas) ......................................................................15 2. Cadeias fechadas (cíclicas ou aliciclicas) ....................................................................16 Exercícios de fixação ..........................................................................................................17 INTRODUÇÃO ÀS FUNÇÕES ORGÂNICAS .....................................................................18 HIDROCARBONETOS .......................................................................................................18 01) Alcanos (ou parafinas) .............................................................................................19 02) Alcenos (alquenos ou olefinas) ...............................................................................19 03) Alcinos (ou alquinos) ................................................................................................19 04) Alcadienos .................................................................................................................19 05) Cicloalcanos ..............................................................................................................20 06) Cicloalcenos ..............................................................................................................20 07) Aromáticos .................................................................................................................20 NOMENCLATURA DOS HIDROCARBONETOS ...........................................................20 Exercícios de fixação ..........................................................................................................23 Hidrocarbonetos ramificados .................................................................................................24 Nomenclatura dos hidrocarbonetos ramificados .................................................................26 Alcanos ramificados ............................................................................................................26 Alcenos ramificados ............................................................................................................28 Alcinos ramificados ............................................................................................................ .28 Exercícios .............................................................................................................................28 QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 4 Ciclanos/ciclenos ramificados ................................................................................................31 Hidrocarbonetos aromáticos ramificados .............................................................................31 Exercícios .................................................................................................................................32 FUNÇÕES ORGÂNICAS .......................................................................................................34 Haletos orgânicos: ...............................................................................................................34 Álcoois: .................................................................................................................................35 Fenóis: ..................................................................................................................................37 Enóis: ....................................................................................................................................38 Exercícios .............................................................................................................................39 Éteres: ............................................................................................................................. ......40 Aldeídos: ...............................................................................................................................40 Cetonas:............................................................................................................................. ...41 Exercícios .............................................................................................................................42 Ácidos Carboxílicos: ............................................................................................................43 Derivados de ácidos carboxílicos: Ésteres ......................................................................44 Derivados de Ácidos Carboxílicos: Sais de Ácidos carboxílicos ..................................45 Derivados de Ácidos Carboxílicos: Anidridos de ácido ..................................................46 Derivados de Ácidos carboxílicos: Cloretos de Ácidos ..................................................47 Aminas ..................................................................................................................................47 Amidas ............................................................................................................................. .....48 Exercícios .............................................................................................................................50 Exercícios .............................................................................................................................51 Reações em compostos orgânicos .......................................................................................56 Reações de substituição: ...................................................................................................56 Halogenação em alcanos ...............................................................................................56 Nitração em alcanos........................................................................................................56 Halogenação em aromaticos .........................................................................................57 Alquilação de Friedel-Crafts ...........................................................................................57 Nitraçãoem aromáticos ..................................................................................................57 Sulfonação em aromáticos .............................................................................................57 Acilação de Friedel-Crafts ..............................................................................................58 QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 5 Exercícios .............................................................................................................................58 Reações de adição:.............................................................................................................59 Hidrogenação catalítica ..................................................................................................59 Halogenação ....................................................................................................................60 Hidro-halogenação ..........................................................................................................60 Hidratação em alcenos ...................................................................................................60 Regra de Markovnikov ....................................................................................................60 Hidratação em alcinos ....................................................................................................61 Adição em cicloalcanos ......................................................................................................61 Exercícios .............................................................................................................................62 Reações de eliminação ......................................................................................................62 Desidratação de álcoois .................................................................................................62 Formação de alceno a partir de haleto orgânico .........................................................63 Exercícios .............................................................................................................................63 Ozonólise ..........................................................................................................................64 Reagente de Grignard ........................................................................................................64 Exercícios .............................................................................................................................64 Isomeria Plana .........................................................................................................................65 Isomeria plana de função ...................................................................................................65 Isomeria plana de cadeia ...................................................................................................66 Isomeria plana de posição .................................................................................................67 Compensação ou metameria .............................................................................................68 Dinâmica ou tautomeria ......................................................................................................69 Exercícios .............................................................................................................................69 Polímeros .................................................................................................................................70 Aplicações ............................................................................................................................70 Exercícios .......................................................................................................... ...................71 Radioatividade – emissão de partículas e radiações .........................................................71 Leis da radioatividade .........................................................................................................73 Primeira Lei de Soddy .....................................................................................................73 Segunda Lei de Soddy....................................................................................................73 QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 6 OBJETIVOS PEDAGÓGICOS Ao final do curso o aluno deverá: 1. Compreender as principais características do carbono e de elementos pertencentes a classe dos compostos orgânicos; 2. Identificar e nomear compostos de diversas classes orgânicas; 3. Conhecer as principais reações de síntese orgânica capazes de produzirem parte dessas classes orgânicas (bem como seus catalizadores); 4. Compreender o conceito de isomeria e identificar os principais tipos de isomerias planas; 5. Compreender o conceito de Polímeros, bem como suas principais aplicações; 6. Compreender o conceito de radioatividade, partículas emitidas e a alteração que a emissão de cada uma delas causa ao átomo em questão. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 7 INTRODUÇÃO À QUÍMICA ORGÂNICA A química orgânica estuda das substâncias que constituem a matéria viva e dos compostos resultantes das suas transformações, ou resumidamente, é um ramo da química que estuda os compostos de carbono. Inicialmente pensava-se que a síntese de substâncias orgânicas só era possível com a interferência de organismos vivos (animais, vegetais, bactérias, etc.), teoria proposta em 1807 por Jöns Jacob Berzelius. Ela baseava-se na ideia de que os compostos orgânicos precisavam de uma força maior (a vida) para serem sintetizados, esta teoria ficou conhecida com “Teoria da Força Vital”. Nesse mesmo século, Lavoisier percebeu que todos os compostos orgânicos descobertos até então, continham um átomo de carbono (mas nem todo composto com carbono é orgânico). Porém em 1828, Friedrich Wöhler conseguiu criar uréia em laboratório, somente aquecendo o cianato de amônio (CH4CNO): A partir dessa descoberta de Wöhler, muitos outros materiais orgânicos foram sendo criados em laboratório, derrubando definitivamente com a Teoria da Força Vital, e com isso, a designação “orgânico” perdeu o sentido. Hoje em dia, prefere-se a designação de compostos de carbono à compostos orgânicos, visto que este elemento é comum a todos eles e é, em parte, responsável pelas suas propriedades. Contudo, como foi dito anteriormente, nem todos os compostos que possuem o elemento carbono são incluídos no grupo dos compostos de carbono/compostos orgânicos. A facilidade com que os átomos de carbono formam ligações covalentes (simples, duplas ou triplas) com outros átomos de carbono ou com átomos de outros elementos explica o número e a variedade de compostos orgânicos existentes. Os compostos orgânicos podem ser agrupados e classificados de acordo com a presença de determinados grupos de átomos nas suas moléculas (os grupos funcionais), grupos esses que são responsáveis pelo comportamento químico dessas famílias de compostos orgânicos. Qualquer composto orgânico é constituído por uma cadeia carbonada não reativa, “o esqueleto” e por uma parte reativa, o grupo funcional. Atualmente os compostos orgânicos podem ser de origem naturalou sintética. Compostos orgânicos naturais: as principais fontes de compostos orgânicos naturais são o petróleo, o carvão mineral, o gás natural, etc.Compostos orgânicos sintéticos :produzidos artificialmente pelas indústrias químicas, que fabricam desde plásticos e fibras têxteis até medicamentos, corantes, inseticidas, etc. Atualmente são conhecidos mais de 15.000.000 de compostos orgânicos, sejam de origem natural ou sintética. ALGUNS EXEMPLOS DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Os plásticos Muitos pensam, por exemplo, que o plástico é originário do século XX ; porém ele foi sintetizado em 1862 com o intuito de substituir o marfim. O marfim passou a ser menos utilizado, pois o elefante estava ameaçado de extinção. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 8 Os medicamentos Atualmente a área de medicamentos está muito desenvolvida. Podemos confirmar isso pela variedade encontrada em qualquer farmácia que entramos; porém há menos de dois séculos as coisas ainda não eram bem assim, pois existiam pouquíssimos medicamentos e a maioria era extraída de plantas. Um dos mais conhecidos atualmente é o ácido acetilsalicílico, um famoso anti-pirético e analgésico. Os seres humanos Os seres vivos, por mais simples que sejam, desde um vírus até os mais complexos, como os seres humanos, são formados por um amontoado de átomos e moléculas. Os seres humanos são formados por aminoácidos, lipídios, hidrocarbonetos, carboidratos, etc. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 9 PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DO CARBONO Relembrando Distribuição eletrônica: é a distribuição dos elétrons de cada átomo de acordo com a camada em que se encontram. Com ela podemos localizar o elemento na tabela periódica. Vejamos o carbono: Portanto o carbono encontra-se na família 4A. Ligação covalente: essa união ocorre entre ametais (não metais), e nela prevalece o compartilhamento de elétrons, seguindo a regra do octeto. Exemplo: O carbono é tetravalente Como vimos, o carbono possui 4 elétrons na última camada de valência, então ele precisa compartilhar 4 elétrons de outros átomos para completar o octeto. Facilidade de formar cadeias QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 10 O átomo de carbono possui grande facilidade de formar ligações covalentes com outrosátomos, principalmente com hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e com o próprio carbono. Essa propriedade permite o surgimento de cadeias carbônicas, anéis, até mesmoramificações. Essas cadeias podem ser representadas por fórmulas: Ligações entre átomos de carbono Dois átomos de carbono podem estar unidos por uma, duas ou até três ligações covalentes. 1) Uma ligação: ligação simples. O carbono que faz ligações simples com outros carbonos é chamado de saturado. 2) Duas ligações: ligação dupla. O carbono que faz ligações duplas com outros carbonos é chamado de insaturado. 3) Três ligações: ligação tripla. O carbono que faz ligações triplas com outros carbonos é chamado de insaturado. Classificação dos átomos de carbono em uma cadeia Os átomos de carbono que constituem uma molécula podem ser classificados quanto ao número de ligações efetuadas com outros carbonos. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 11 Carbono Definição Primário Ligado diretamente a apenas um outro carbono Secundário Ligado diretamente dois outros carbonos Terciário Ligado diretamente três outros carbonos Quaternário Ligado diretamente quatro outros carbonos Exemplos: Exercícios de fixação 01) Quais as principais características apresentadas pelo elemento químico carbono? 02) Quais as ligações (simples, dupla, tripla) que completam corretamente as estruturasabaixo: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 12 03)Complete a tetravalência dos carbonos utilizando hidrogênios: a) c) b)d) 04) Na estrutura abaixo, qual o número de átomos de hidrogênio? a) 20 b) 18 c) 14 d) 19 e) 16 QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 13 05) (FUVEST-SP) Quais são os quatro elementos químicos mais frequentemente encontrados nos compostos orgânicos? 07) (FEPAR-PR) No composto C5H12, existem: a) 3 carbonos primários, 1 secundário e 1 terciário; b) 3 carbonos primários e 2 secundários; c) 2 carbonos primários e 2 secundários; d) 2 carbonos primários e 3 secundários; e) Apenas carbonos secundários. 08) (UFPR) A respeito dos compostos orgânicos é correto afirmar: a)Os compostos orgânicos somente poderão ser sintetizados pelos organismos vivos, daí a qualificação de orgânicos. b)Os compostos orgânicos são compostos de carbono, embora algumas substancias que contém esse elemento são estudadas também entre os compostos inorgânicos (CO2,HCN, etc.) 06 ) (UFSC) Assinale abaixo os compostos tipicamente orgânicos : QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 14 c) A existência de um grande número de compostos de carbono está relacionada com A grande capacidade de o átomo de carbono formar cadeias, associada à sua tetracovalência. d)Nos compostos de carbono, a ligação covalente é a mais frequente. e) Os componentes orgânicos são regidos por leis e princípios não aplicáveis a compostos inorgânicos. 09) No composto C8H18, existem: a) Quantos carbonos primários?__________ b) Quantos carbonos secundários?__________ c) Quantos carbonos terciários?__________ d) Quantos carbonos quaternários?__________ Classificação das cadeias carbônicas Cadeias carbônicas são estruturas formadas por todos os átomos de carbono e um ou mais átomos que possam estar entre dois carbonos, constituindo uma molécula orgânica. Primeiramente elas podem ser aromáticas (que contém anéis benzênicos) ou alifáticas (que não contém anéis benzênicos). Uma cadeia carbônica pode ser classificada das seguintes formas: 1. Cadeias abertas (acíclicas) 2. Cadeias fechadas (cíclicas) 3. Cadeias mistas 1. Cadeias abertas (acíclicas ou alifáticas) As cadeias abertas são subdivididas de acordo com três critérios: a) Quanto à disposição: a cadeia pode ser normal ou ramificada. Normal: a cadeia possui apenas duas extremidades. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 15 Ramificada: a cadeia possui pelo menos um carbono terciário ou quaternário. b) Quanto à natureza: a cadeia pode ser homogênea ou heterogênea. Homogênea: é uma cadeia que possui somente átomos de carbono, ou seja, ela não apresenta um átomo de outro elemento ligado entre dois átomos de carbono. Heterogênea: é uma cadeia que apresenta um átomo diferente (heteroátomo) ligado entre dois átomos de carbono. c) Quanto à saturação: as cadeias podem ser saturadas ou insaturadas. Saturada: apresenta apenas ligações simples entre átomos de carbono. Insaturada: apresenta ligações duplas e/ou triplas entre carbonos. 2. Cadeias fechadas (cíclicas ou aliciclicas) As cadeias fechadas estão subdivididas por dois critérios. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS- 2016 16 a) Quanto à natureza: as cadeias podem ser homocíclicas ou heterocíclicas. Homocíclica: é uma cadeia fechada constituída apenas de átomos de carbono, ou seja, ela não apresenta um átomo de outro elemento ligado entre dois átomos de carbonos. As cadeias homocíclicas pode ainda ser: Aromática: são cadeias que apresentam núcleo benzênico, ou seja, uma cadeia fechada com seis carbonos e duplas ligações alternadas. Heterocíclica: é uma cadeia fechada que possui um heteroátomo entre carbonos. b) Quanto à saturação: as cadeias fechadas são classificadas quanto à saturação damesma forma que as cadeias abertas: saturadas ou insaturadas. Exercícios de fixação QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 17 01) (UFES) São ambos compostos heterocíclicos: 02) Classifique as seguintes cadeias carbônicas: a) ( ) saturada ( ) insaturada ( ) homogênea ( ) heterogênea ( ) aberta ( ) fechada ( )normal ( )ramificada b) ( ) saturada ( ) insaturada ( ) homogênea ( ) heterogênea ( ) aberta ( ) fechada ( )normal ( )ramificada c) d) QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 18 ( ) saturada ( ) insaturada ( ) homogênea ( ) heterogênea ( ) aberta ( ) fechada ( )normal ( )ramificada ( ) saturada ( ) insaturada ( ) homocíclica ( ) heterocíclica ( ) aberta ( ) fechada ( )normal ( )ramificada e) ( ) saturada ( ) insaturada ( ) homogênea ( ) heterogênea ( ) aberta ( ) fechada ( )normal ( )ramificada INTRODUÇÃO ÀS FUNÇÕES ORGÂNICAS HIDROCARBONETOS Os compostos orgânicos formam uma grande variedade de substâncias e devido a este fato fez-se necessário classificá-los de acordo com o comportamento, dividindo-os em grupos. Como cada um desses grupos possui compostos que apresentam praticamente o mesmo“funcionamento”, surgindo então as funções orgânicas. O chamado grupo ou radical funcional identifica ou caracteriza a fórmula estrutural de uma determinada função química. Vejamos alguns exemplos: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 19 01)Alcanos (ou parafinas) São hidrocarbonetos que apresentam cadeia aberta com simples ligações apenas. 02)Alcenos (alquenos ou olefinas) São hidrocarbonetos alifáticos e insaturados, que apresentam uma dupla ligação. 03)Alcinos (ou alquinos) São hidrocarbonetos alifáticos insaturados por uma tripla ligação. 04)Alcadienos São hidrocarbonetos alifáticos insaturados por duas ligações duplas. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 20 05)Cicloalcanos Apresentam cadeia fechada com apenas simples ligações. 06)Cicloalcenos São hidrocarbonetos cíclicos insaturados por uma dupla ligação. 07) Aromáticos São hidrocarbonetos em cuja estrutura existe pelo menos um anel benzênico (aromático). Através do esquema abaixo você pode visualizar a classificação geral dos hidrocarbonetos. NOMENCLATURA DOS HIDROCARBONETOS A nomenclatura orgânica oficial começou a ser criada em 1892 em um congressointernacional em Genebra, após várias reuniões surgiu a nomenclatura IUPAC(UniãoInternacional de Química Pura e Aplicada). A nomenclatura IUPACobedece aos seguintes princípios: I. Cada composto tenha um único nome que o distinga dos demais; II. Dada a fórmula estrutural de um composto, seja possível elaborar seu nome, e viceversa. Obs.: Apesar de a nomenclatura IUPAC ser a oficial, existe outros tipos de nomenclaturacomo, por exemplo, a nomenclatura usual. O nome de um hidrocarboneto é constituído de três partes: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 21 Prefixo: indica o número de átomos de carbono pertencentes à cadeia principal. Número de carbonos Prefixo 1 Met 11 Undec 2 Et 12 Dodec 3 Prop 13 Tridec 4 But 14 Tetradec 5 Pent 15 Pentadec 6 Hex 16 Hexadec 7 Hept 17 Heptadec 8 Oct 18 Octadec 9 Non 19 Nonadec 10 Dec 20 Eicos Afixo ou infixo: indica o tipo de ligação entre os carbonos. Tipo de ligação Afixo Todas simples an Uma dupla en Uma tripla in Duas duplas dien Duas triplas diin Três duplas trien Sufixo: indica a função química do composto orgânico. Para o caso da função hidrocarboneto é o sufixo o. OBS.: todas as nomenclaturas durante o decorrer desta matéria terão o sulfixo “o”, entretanto, para a próxima etapa do nosso aprendizado em Química Orgânica, o sulfixo acompanha o tipo de átomo diferente de carbono e hidrogênio. Portanto, JAMAIS associe o sulfixo “o” como o único sulfixo. Exemplos: Número de carbonos Prefixo QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 22 Propano Prop + an + o 3 Carbonos Todas ligações simples hidrocarboneto Propeno Prop + en + o 3 Carbonos uma ligação dupla hidrocarboneto Agora, observe atentamente os exemplos a seguir, que darão sequencia as regras de nomenclatura: Essas moléculas têm a mesma fórmula molecular (C4H8), porém são compostosdiferentes e por isso não podemos apenas chamá-las de buteno, visto que a dupla ligaçãoocupa posições diferentes. Assim, para diferenciá-los em termos de nomenclatura, é precisoindicar, no nome, o local onde se encontra a insaturação. Para alcenos com quatro ou maiscarbonos, numeram-se os carbonos a partir da extremidade mais próxima da insaturação. Aposição desta insaturação é indicada usando o número do primeiro átomo de carbono quecontém a dupla ligação. O número precede o afixo no nome. Portanto, para o exemplo acima temos: Veja que a distancia entre as extremidades e a insaturação é, nesse caso, igual, portanto, independente da extremidade “escolhida”, a insaturação encontra-se no carbono de número 2. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 23 Veja que no segundo caso, a extremidade fica mais próxima a insaturação (enquanto no primeiro caso a insaturação ficaria no carbono 3, no segundo caso, ela se encontra no carbono 1), portanto, consideraremos a contagem com o menor número (o segundo caso). Nesse caso, a insaturação encontra-se no carbono 1. O nome do composto acima ficará But-1-eno. Exercícios de fixação 01) Dê o nome para os compostos abaixo, segundo a IUPAC: 02) Escreva a fórmula estrutural dos hidrocarbonetos abaixo: a) metano b)propeno c) pent-2,3-dieno d) ciclopentano e) ciclohexano f) benzeno g) ciclohexeno 03) (UFSE) O hidrocarboneto abaixo pertence à série dos: a) Alcanos b) Alcenos c) Alcinos d) Alcadienos e) Alcatrienos O nome do composto acima ficará But - 2 - eno . QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 201624 04) Assinale a alternativa correta com relação à fórmula química do butano: 05) (VUNESP-SP) O octano é um dos principais constituintes da gasolina, que é uma mistura de hidrocarbonetos. A fórmula molecular do octano é: 06) (UFV-MG) A substância de fórmula C8H16 representa um: a) Alcano de cadeia aberta b) Alceno de cadeia aberta c) Alcino de cadeia aberta d) Composto aromático e) Alcino de cadeia fechada Hidrocarbonetos ramificados A gasolina A gasolina, um dos principais combustíveis utilizados em motores de explosão, éderivada do petróleo e constituída por uma mistura de hidrocarbonetos. A gasolina usada emautomóveis é constituída por uma mistura de heptano e isooctano, além de outros componentes em menores quantidades. Heptano Isooctano Observando o isooctano, podemos constatar que possui cadeia ramificada,pertencendo à classe dos hidrocarbonetos ramificados. Esses possuem os chamados grupos ouradicais orgânicos. A nomenclatura dos radicais orgânicos é dada por um prefixo (nº de carbonos) e osufixo ilou ila. Radicais Alquila:são radicais monovalentes (possuem uma única valência livre) e saturados. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 25 Derivam dos alcanos. Radicais Alcenilas:são radicais monovalentes derivados de alcenos. Radicais Alcinilas:são radicais monovalentes derivados de alcinos. Arilas:são radicais monovalentes cuja valência livre se encontra num carbono pertencente a um anel benzênico. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 26 OBS.: os prefixos “orto”, “meta” e “para” significam a localização da ramificação diante da cadeia principal, por exemplo, no meta-toluil, a ramificação de um carbono encontra-se no carbono ao lado (ou seja, carbono 2) da cadeia principal. Radical Benzil:possui um núcleo benzênico ligado a um carbono, no qual se localiza a valência livre. Nomenclatura dos hidrocarbonetos ramificados Alcanos ramificados 1)Localizar a cadeia principal: é a mais longa sequencia de átomos de carbonos. Caso existam duas sequencias igualmente longas, a que possui maior número de ramificações será considerada a principal. 2) Reconhecer os grupos (radicais) orgânicos e nomeá-los. 3) Numerar os carbonos pertencentes à cadeia principal:da mesma forma que em cadeias insaturadas, essa numeração deverá começar da extremidade da cadeia que permita dar às ramificações os menores números possíveis. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 27 4) Indicar a posição dos grupos, ou seja, o número da cadeia principal em que os grupos estão localizados. Se houver dois ou mais grupos iguais usar os prefixos di, tri, tetra, etc., para indicar a quantidade. 5) Escrever o nome do hidrocarboneto correspondente à cadeia principal. Pela regra da IUPAC colocam-se os nomes dos grupos orgânicos em ordem alfabética. 3,5-dimetil-4-n-propilheptano Alcenos ramificados 1) Localizar a cadeia principal: é a mais longa sequencia de átomos de carbonos, contendo adupla ligação. 2) Reconhecer os grupos orgânicos e nomeá-los. 3) Numerar os carbonos pertencentes à cadeia principal: essa numeração deverá começar pelaextremidade mais próxima da dupla ligação, e caso a dupla ligação estiver equidistante dosdois extremos, a numeração deve começar da extremidade que permita dar às ramificações osmenores números possíveis. Alcinos ramificados Para os alcinos valem as mesmas regras dos alcanos e alcenos. Exemplo: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 28 3-etil-4-metil hex1ino Exercícios 01) Escreva a fórmula estrutural dos radicais abaixo: a) metil b) etil c) n-propil d) iso-propil e) s-butil f) t-butil g) iso-butil h) fenil i) benzil 02) (UFSE) Unindo-se os radicais etil e metil, obtém-se o: a) propano b) etano c) etino d) butano e) eteno 03) (UFRGS) Os grupos orgânicos obtidos a partir dos alcanos: Pela perda dos átomos de hidrogênio assinalados com asteriscos, denominam-se, respectivamente: a) isobutil e s-pentil b) isobutil e isopropil c) s-butil e isopropil d) s-butil e s-pentil e) t-butil e s-propil QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 29 04) Com relação à cadeia obtida pelo união dos grupos etenil e terc-butil: a) Apresenta fórmula molecular C6H12; b) é aberta e insaturada; c) é homogênea, saturada e ramificada; d) apresenta a formula C6H10; e) é insaturada por dupla ligação. 05) Dada a fórmula estrutural do hidrocarboneto, classifique-o e escreva o nome de cada um: 06) Dado o nome IUPAC do hidrocarboneto, classifique-o e escreva a fórmula estrutural: a) 2-metil butano b) 4-metil hex2ino c) 2,3,3-trimetil pent1eno d) 3-metil pent2eno e) 3-etil hex2eno f) 3,3-dimetil pent1ino QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 30 g) 2,3,3-trimetil pentano h) 3-etil hex3eno 07) O nome oficial do composto abaixo é: a) 2,2-dimetil-4-isopropil pentano b) 4,4,2-trimetil pentano c) Isopropil-terc-butil pentano d) 2,2,4-trimetil pentano e) Isopropil-isobutil metano Ciclanos/ciclenos ramificados 1) O ciclo é a cadeia principal. 2) Em cadeias com apenas uma ramificação, citar o nome do grupo e nomear a cadeiaprincipal. Havendo dois ou mais grupos no ciclo, numerá-los para obter os menores números. O carbono que apresentar o grupo mais simples será o de número 1. 3) No caso dos ciclenos, os carbonos da dupla ligação será denominados 1 e 2. O sentido danumeração é determinado pela regra dos menores números. Hidrocarbonetos aromáticos ramificados Nos aromáticos que possuem apenas um anel benzênico, havendo apenas um grupo,não é preciso numeração. Havendo dois ou mais grupos, a numeração deve iniciar daramificação mais simples e seguindo a regra dos menores números. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 31 Obs: apara as posições 1,2; 1,3; 1,4 utilizam-se também os termos: 1,2 – posiçãoorto (o) 1,3 – posição meta (m) 1,4 – posição para (p) (vide página 23) Exercícios 01)Dada a fórmula estrutural do hidrocarboneto, classifique-o e escreva o nome: 02) Dado o nome do hidrocarboneto, escreva a fórmula estrutural: a) 3-metil hex1,5dieno QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 32 b) 3,5-dimetil hex1,3dieno c) 1,3-dimetil ciclopenteno d) vinil-benzeno 03) Quantos átomos de carbono insaturados há na estrutura do metilbenzeno? a) 7 b) 6 c) 5 d) 3 e) 1 04) Dados os compostos abaixo, julgue as afirmações: a) I pode ser denominado p-xileno b) II é o 1,3-dimetil benzeno c) III é o etil benzeno d) Respectivamente são o o, m e p-xileno e) O número de H nos três é de 10 por molécula 05) A borracha natural é um líquido branco e leitoso, extraído da seringueira, conhecidocomolátex. O monômero que origina a borracha natural é o metil but1,3dieno, do qual podemosafirmar que: a) É um hidrocarboneto de cadeia saturada e ramificada; b) É um hidrocarboneto aromático; c) Tem formula molecular C4H5; d) Apresenta dois carbonos terciários, um carbono secundário e dois carbonos primários; e) É um hidrocarboneto insaturado de fórmula molecular C5H8. FUNÇÕES ORGÂNICAS Funções orgânicas são compostos que têm estrutura química semelhante e, consequentemente, comportamento químico similar. Essa semelhança é determinada pela presença de grupos de átomos ligados a cadeia orgânica, chamados grupos funcionais. Esses grupos funcionais possuem átomos diferentes de carbono e hidrogênio. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 33 Os principais são os Haletos, Oxigênio e Nitrogênio. Haletos orgânicos: Denomina-se haleto orgânico todo composto derivado de hidrocarbonetos procedente da substituição de um ou mais hidrogênios da molécula por átomos de halogênios: flúor, cloro, bromo ou iodo. 1 - Grupo Funcional: X = F; Cl; Br; I. R ─ X em que: R = cadeia carbônica 2 - Nomenclatura oficial: Quantidade de X Nome do X Nome do hidrocarboneto (mono, di, tri, tetra, etc.) + (flúor, cloro, bromo, iodo) + (prefixo+afixo+o) Exemplos: monoclorometano ou clorometano 2-monobromopropano ou 2-bromopropano 1,3-diiodobutano monofluorbenzeno ou fluorbenzeno Nota: Observe que o prefixo mono normalmente é dispensado. 3 - Nomenclatura usual: Além da nomenclatura oficial, determinada pela IUPAC, há outro sistema de nomenclatura bastante utilizado para os mono-haletos orgânicos. Segundo essa nomenclatura, tudo o que estiver ligado aos halogênios é considerado um radical e o esquema do nome passa a ser: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 34 nome do haleto + de + nome do radical com terminação ila Exemplos: nomenclatura oficial (IUPAC) nomenclatura usual monoiodopentano ou iodopentano iodeto de n-pentila 2-metil-1-cloropropano cloreto de isobutila bromobenzeno brometo de fenila Álcoois: Denomina-se álcool composto orgânico que apresenta um grupo hidroxila, OH, ligado a um carbono saturado, ou seja, um carbono que faz apenas ligações simples. 1 - Grupo funcional: R ─ OH em que: R = cadeia carbônica saturada 2 - Nomenclatura oficial: Prefixo + afixo + sulfixool Exemplos: etan ol propan - 2 - ol butan - 1 - ol QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 35 3 - Nomenclatura Usual Há outros dois sistemas de nomenclatura em uso para os álcoois, entretanto, veremos apenas o primeiro deles, pois o segundo é menos usual. Considera-se como radical a cadeia carbônica ligada ao grupo OH, e o nome do composto passa a seguir o esquema: álcool + nome do radical + ico Exemplos: nomenclatura oficial (IUPAC) nomenclatura usual propan-1-ol Álcool n-propílico Metilpropan-2-ol Álcool t-butílico 4 - Classificação dos álcoois: I. Podem ser classificados conforme o número de grupos OH presentes na cadeia carbônica. a)monoálcoois: apresentam apenas um grupo OH na cadeia carbônica. Exemplos: etanol e hexan-3-ol b)poliálcoois: apresentam dois ou mais grupos OH na cadeia carbônica. Exemplos: etan-1,2-diol (etilenoglicol) e propano-1,2,3-triol (glicerina) Em relação aos poliálcoois, somente são estáveis aqueles que possuem cada grupo hidroxila ligado a carbonos distintos. II. Podem ser classificados conforme o tipo de carbono onde se localiza o grupo hidroxila. a) álcool primário: apresenta o grupo hidroxila ligado ao carbono primário. Exemplos: metanol e 1-propanol b)álcool secundário: apresenta o grupo hidroxila ligado ao carbono secundário. Exemplos: ciclopentanol , , , QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 36 c)álcool terciário: apresenta o grupo hidroxila ligado ao carbono terciário. Exemplos: metil-propan-2-ol e metil-ciclobutan-1-ol Nota: Quando houver na molécula, duas ou mais hidroxilas, ambas nunca poderão estar ligadas ao mesmo carbono, pois torna o composto instável. Fenóis: Denomina-se fenol todo composto orgânico que possui um grupo OH (hidroxi) ligado a um carbono que pertence a um anel aromático. Grupo funcional: O composto ao lado (o mais simples desse grupo) é conhecido apelas como fenol (fenol comum) ou hidroxibenzeno. Como os aromáticos possuem uma nomenclatura particular e os fenóis são compostos aromáticos, sua nomenclatura também é considerada à parte das regras estudadas; no entanto, podemos considerar o seguinte esquema para os fenóis. Localização do grupo OH + hidroxi + Nome do aromático α-hidroxinaftaleno ou α-naftol β-hidroxinaftaleno ou β-naftol , QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 37 Enóis: Denomina-se enol todo composto orgânico que possui um grupo OH (hidróxi) ligado a um carbono que faz ligação dupla. 1 - Grupo funcional: R ─ OH em que: R = cadeia carbônica com carbono ligado a OH com insaturação 2 - Nomenclatura oficial: Prefixo + afixo + sulfixool Exemplos: prop-1-en-2-ol prop-1-en-1-ol but-2-en-2-ol 01) Dê a nomenclatura dos compostos: a) c) e) g) b) d) f) h) 2) Dê a estrutura dos compostos: a) 2-metil hexa-1-ol b) ciclo hexanol Exemplos: Exercícios QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 38 c) 3-iodo heptano d) propano-2-ol e) heptan-3-ol f) bromo ciclo pentano 3) O que classifica um composto como: a) Enol? b) Haleto orgânico? c) Alcool? Éteres: Denomina-se éter todo composto orgânico que possui o oxigênio como heteroátomo, isto é, entre dois carbonos. 1 - Grupo funcional: em que: R e R’ = cadeias carbônicas 2 - Nomenclatura oficial: Nome da cadeia mais complexa Prefixo da cadeia mais simples + oxi + (Prefixo + afixo + o) 3 - Nomenclatura usual: Segundo esse sistema, tudo o que estiver ligado ao grupo O deve ser considerado um substituinte (radical) e o nome passa a ser: éter + nome do radical mais simples + nome do radical mais complexo + ico Exemplo: met oxi etano et oxi propano prop oxi propano QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 39 Nota: no caso de radicais repetidos, deve ser usado o prefixo “di” antes do nome do substituinte, mantendo a terminação ico. Aldeídos: Denomina-se aldeído todo composto orgânico que possui o grupo carbonila ligado a um hidrogênio. 1 - Grupo funcional: Essa união, grupo carbonila e hidrogênio, forma o grupo aldoxila, que é o grupo funcional dos aldeídos. 2 - Nomenclatura oficial: Prefixo + afixo + sulfixo alMetanal Etanal 3-metilbutanal Cetonas: Exemplos: éter metil etíllico éter etil - n - propílico éterdipropílico Exemplo: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 40 Denomina-se cetona todo composto orgânico que possui o grupo carbonila entre dois carbonos. 1 - Grupo funcional: em que: R e R’ são cadeias carbônicas 2 - Nomenclatura oficial: Prefixo + afixo + sulfixoona Exemplos: Propanona 4-metilpentan-2-ona 3 - Nomenclatura usual: Segundo esse sistema, tudo o que estiver ligado ao grupo carbonila deve ser considerado radical, e o nome passa a ser: nome do substituinte mais simples + nome do substituinte mais complexo + cetona dimetilcetona metil-etilcetona Exercícios 01) Dê a nomenclatura dos compostos: Exemplos: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 41 a) c) e) g) b) d) f) h) 2) Dê a estrutura dos compostos: a)heptanal b) 7-etil decan-3-ona c) metoxibutano d) decanal e) ciclo pentanona 3) O que classifica um composto como: a) Éter? b) Aldeído? c) Cetona? Ácidos Carboxílicos: Denomina-se ácido carboxílico todo composto orgânico que possui um grupo carbonila ligado a um grupo hidroxila. 1 - Grupo funcional: em que: R = cadeia carbônica QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 42 2 - Nomenclatura oficial: ácido + Prefixo + afixo + óico ácidoetanóico ácido 3-metilbutanóico 3 - Nomenclatura usual: Os ácidos carboxílicos são naturalmente encontrados em plantas e animais, e dessa forma, sua nomenclatura é dada de acordo com sua origem. Entretanto, vamos enfatizar apenas os 5 (cinco) ácidos mais usados. Exemplos: nomenclatura oficial (IUPAC) nomenclatura usual ácidometanóico ácido fórmico ácidoetanóico ácido acético ácidopropanóico ácidopropiônico ácidobutanóico ácidobutírico ácidopentanóico ácido valérico Derivados de ácidos carboxílicos: Ésteres Exemplos: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 43 Éster é todo composto formado pela substituição de hidroxila, OH, do grupo carboxila de um ácido orgânico por um grupo ─ O ─ R’. 1 - Grupo funcional: 2 - Nomenclatura oficial: Prefixo + afixo + oato + de + Nome do substituinte com a terminação ila Exemplo: metanoato de metila propanoato de etila etanoato de isopropila 3 - Nomenclatura usual: Como os ésteres são derivados dos ácidos carboxílicos, é de costume utilizar o nome usual dos ácidos para se referir ao éster. nome usual do ácido de + de + nome do substituinte com terminação ila terminação ico para ato Exemplos: Considere, por exemplo, os ésteres citados no item anterior: a) o metanoato de etila é derivado do ácido metanoico cujo nome usual é o ácido fórmico. O nome usual desse éster é: formato de metila. b) o propanoato de etila é derivado do ácido propanoico cujo nome usual é o ácido em que: R e R’ = cadeia carbônica QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 44 propiônico. O nome usual desse éster é: propionato de etila. c) o etanoato de isopropila é derivado do ácido etanoico cujo nome usual é o ácido acético. O nome usual desse éster é: acetato de isopropila. Derivados de Ácidos Carboxílicos: Sais de Ácidos carboxílicos Sal de ácido carboxílico é todo composto obtido pela reação entre um ácido carboxílico e uma base inorgânica. O hidrogênio ionizável do ácido reage com o ânion hidróxido formando água e o ânion orgânico une-se ao cátion da base para formar o sal. 1 - Grupo funcional: em que: R = cadeia ou carbônica 3 - Nomenclatura oficial: prefixo + afixo + oato + de + (nome do cátion) metanoato de sódio propanoato de magnésio Derivados de Ácidos Carboxílicos: Anidridos de ácido Exemplos: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 45 Denomina-se anidrido de ácido carboxílico todo composto orgânico derivado da condensação de duas moléculas de ácido carboxílico, iguais ou diferentes, com perda simultânea de uma molécula de água. 1 - Grupo funcional: em que: R e R’ = cadeias carbônicas 2 - Nomenclatura oficial: anidrido + Nome dos ácidos: prefixo + afixo + óico Exemplos: anidridoetanóico ou anidrido acético anidridopropanóico-benzóico anidridobutanodióico ou succínico Derivados de Ácidos carboxílicos: Cloretos de Ácidos Cloreto de ácido ou cloreto de acila é todo composto derivado de ácido carboxílico, no qual o grupo hidroxila foi substituído por um átomo de cloro. 1 - Nomenclatura oficial: Cloreto de + prefixo + afixo + oila cloreto de 3-metilbutanoíla QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 46 cloreto de fenilmetanoíla (cloreto de benzoíla) Aminas Denomina-se amina todo composto orgânico derivado da amônia NH3, pela troca de um, dois ou três hidrogênios por substituintes orgânicos (cadeias carbônicas). 1 - Grupo Funcional: 2 - Nomenclatura oficial: Nome do substituinte com terminação il + amina Amidas Denomina-se amida todo composto orgânico que possui o nitrogênio ligado diretamente a uma carbonila. 1 - Grupo funcional: em que: R, R’ e R’’ = cadeia s carbônica s Exemplos: metilamina etil - metilamina dietil - fenilamina Exemplos: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 47 Conforme o nitrogênio estabeleça ou não outras ligações com o carbono, as amidas podem ser divididas em 3 grupos: a)amida não substituída: apresenta 2 hidrogênios ligados ao nitrogênio. b)amida monossubstituída: apresenta 1 hidrogênio substituído por um radical (cadeia carbônica). c)amida dissubstituída: apresenta 2 hidrogênios substituídos por dois radicais iguais ou diferentes. 2 - Nomenclatura oficial: a)para amida não substituída: prefixo + afixo + amida Etanamida ou acetamida 3-metilbutanamida b)para amida substituída: N + mais nome do radical ou N,N + Nome dos radicais + prefixo + afixo + amida Exemplos: N-metil-3metilbutanamida Exemplos: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 48 N,N-metil-isopropil-3metilbutanamida 3 - Classificação das amidas: a)amidas primárias: possuem só um grupo carbonila ligado ao nitrogênio. Exemplo: etanamida b)amidas secundárias: possuem 2 grupos carbonila ligados ao nitrogênio. Exemplo: etanoíla-etanamida c)amidas terciárias: possuem 3 grupos carbonila ligados ao nitrogênio.Exemplo: etanoíla-propanoíla-etanamida. Exercícios 01) Dê a nomenclatura dos compostos: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 49 2) Dê a estrutura dos compostos: a)trimetilamina b) metilamina c) ácido butanóico d) N,N – dimetiletanamida e) propanoato de isopentila 3) O que classifica um composto como: a) Ácido carboxilico? b) Amina? c) Amida? Exercícios 1) Faça a representação dos grupos funcionais a seguir e apresente a estrutura da nomenclatura oficial para cada uma deles. a)Álcool; b)Éter; c)Haleto orgânico; a) c) b) d) e) g) f) h) QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 50 d)Enol; e)Fenol; f)Cetona; g)Aldeído; h)Ácido carboxílico; i)Éster; j)Anidrido; k)Sal de ácido carboxílico; l)Cloreto de ácido; m)Amidas; n)Aminas; 2) Dê a fórmula molecular e a classificação dos carbonos dos compostos abaixo. 3) Apresente as fórmulas estruturais dos compostos abaixo: a)2-cloropropano; b)cloro-fenilmetano; c)bromobenzeno; d)ciclo-1-iodo-3-etilhexano; e)5-metil-hep-3-en-1,2-diol; f)metoxi-etano; g)propanona; QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 51 h)pent-3-inal; i)ácido butanoico; j)ciclopentanona; k)etanol; l)ciclo-3,3-dimetil-4-isopropil-hexeno; m)etoxi-butano; 4) (UEBA) De acordo com a IUPAC, o nome do composto que apresenta a fórmula estrutural a seguir é: a) 5-metil-heptan-2-ol b) 5-etil-hexan-2-ol c) 2-etil-hexan-2-ol d) 3-metil-heptan-2-ol e) 2-etil-hexan-5-ol 5) (UFJF-MG) Substituindo um dos átomos de hidrogênio do benzeno por um dos grupos abaixo, obtêm-se 4 compostos orgânicos: i) —CH3 ii) —CH2OH iii) —CH2Cl iv) —OH Sobre produtos obtidos, pede-se: a) o nome da função à qual cada um pertence; b) o nome dos compostos resultantes das substituições; 6) Forneça o nome oficial e usual dos éteres abaixo: a) QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 52 b) c) d) 7) A partir do nome usual das cetonas relacionadas a seguir, forneça a nomenclatura oficial (IUPAC) e a fórmula estrutural: a)dietilcetona; b) s-butil-t-butilcetona; c) n-propil-isobutilcetona; d)dipentilcetona 8) Dê o nome oficial dos seguintes cloretos de ácidos: a) b) c) 9) (UFV-MG) Considere os compostos abaixo com as classificações: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 53 (A) (B) (C) (D) I)amina aromática secundária II)amina alifática terciária III)amina alifática primária IV)amina aromática primária Assinale a opção correta: a)A—I; B—II; C—III; D—IV b) A—II; B—I; C—III; D—IV c) A—IV; B—I; C—III; D—II d) A—IV; B—II; C—I; D—III e) A—III; B—IV; C—II; D—II 10) Atualmente é comum o uso de cremes e loções que contém substâncias como a dihidroxiacetona (DHA), que proporcionam à pele uma tonalidade bronzeada sem a necessidade de exposição ao sol. A dihidroxiacetona, C3H6O3, é um “açúcar” simples, e também conhecido como cetotriose. Forneça a fórmula estrutural da dihidroxiacetona. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 54 Reações em compostos orgânicos Reações de substituição: Substituição em alcanos e Cicloalanos As reações de substituição em alcanos e cicloalcanos consistem em substituir um hidrogênio (H) por um outro grupo (a ser determinado pelo tipo do reagente). Halogenação em alcanos Substituição de um H por um halogênio. Quando temos Hidrogênios ligados a carbonos primários, secundário ou terciários, a reação é favorecida a substituição no carbono mais substituído, ou seja, a reação é favorecida a entrada do halogênio nesta ordem: carbono terciário, carbono secundário e carbono primário. Entretanto, haverá formação de TODOS os compostos onde a possibilidade de “abandono” de H, em proporções que seguirão a regra descrita no paragrafo acima. Nitração em alcanos Substituição de um H pelo grupo nitro (NO2). O grupo acima apresentado como HO – NO2 trata-se do ácido HNO3(desenhado desta forma no exemplo acima para facilitar a visualização). Substituição em aromáticos Da mesma forma que nos alcanos e cicloalcanos, a substituição em aromáticos baseiase na substituição de um hidrogênio (H) por um outro grupo (a ser determinado pelo tipo do reagente). Halogenação em aromaticos QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 55 O hidrogênio do anel aromático sai e liga-se a um halogênio, enquanto o outro halogênio, liga- se ao anel aromático. Alquilação de Friedel-Crafts Essa substituição consiste em inserir no lugar de um hidrogênio do anel aromático, um grupo alquila (derivados de hidrocarbonetos alifáticos) com a utilização de um haleto de alquila. Nitração em aromáticos Essa reação utiliza ácido nítrico (HNO3) para a substituição de um hidrogênio do anel aromático pro um grupo NO2. O ácido sulfúrico (H2SO4) funciona como catalizador da reação. Sulfonação em aromáticos Consiste na substituição de um hidrogênio do anel benzênico por um grupo sulfônico (–SO3H). A reação acontece a quente. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 56 Acilação de Friedel-Crafts Consiste na substituição de um hidrogênio por um grupo acila. O grupo metil ligado ao carbono onde ocorre a substituição poderá tratar-se de uma cadeia composta por carbonos e hidrogênios de diversos tamanhos (podendo ser um grupo etil, propil, etc). Exercícios 01) Dê o produto das seguintes reações de substituição em alcanos. a) b) c) QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 57 2 – Escreva a reação abaixo: Desejo obter Reagentes disponíveis Catalizadores disponíveis Reações de adição: Adição em Alcenos e Alcinos Hidrogenação catalítica Consiste na adição de hidrogênios a partir do rompimento da insaturação (dupla ou tripla ligação). Os catalizadoresnessas reações são metais, como por exemplo, a platina, níquel ou paládio. d) e) f) g ) AlCl 3 QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 58 Halogenação Consiste na adição de halogêniosa partir do rompimento da insaturação (dupla ou tripla ligação). Hidro-halogenação Consiste na adição de um halogênio e um hidrogênio a partir do rompimento da insaturação (dupla ou tripla ligação). Hidratação em alcenos Consiste na adição de uma hidroxila e um hidrogênio a partir do rompimento da insaturação(dupla ligação). É utilizada na produção de álcoois. Regra de Markovnikov Esta regra afirma que, em adições, quando houver mais de uma opção para a entrada do grupo substituinte que não é o Hidrogênio, esta entrada é favorecida ao carbono mais substituído, ou seja, o carbono que tiver menos hidrogênios ligados a ele. Podemos afirmar quando falamos em alcenos e alcinos que são favorecidas as entradas nesses grupos a carbonos terciários, depois a secundários e, por ultimo, a carbonos primários. Lembrando que quando a mais de uma opção de entrada ao grupo, teremos vários produtos, entretanto, a quantidade formada está diretamente ligada ao grau de substituição deste carbono. Exemplo: QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 59 Hidratação em alcinos Consiste na adição de uma hidroxila e um hidrogênio a partir do rompimento da insaturação (tripla ligação). Forma um enol, que por serem compostos estáveis, acabam estabelecendo seu equilíbrio a partir da formação de cetonas e aldeídos. Adição em cicloalcanos Consiste no rompimento do ciclo pela adição de Hidrogênios. Esse tipo de adição é possível em ciclos com três ou quatro carbonos, uma vez que eles apresentam uma tensão muito grande e são favoráveis a esses rompimentos. Exercícios QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 60 01) Dê os produtos das seguintes reações de adição a) b) c) d) e) Reações de eliminação Desidratação de álcoois Intermolecular: Consiste na formação de um éter a partir de dois álcoois fornecendo água como um de seus produtos. Intramolecular: Consiste na formação de um alceno a partir de um álcool fornecendo água como um de seus produtos. Formação de alceno a partir de haleto orgânico obs.: com H 2 em excesso obs.: com UM Br 2 para cada propino QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 61 Exercícios 01)Descreva os compostos formados a partir das reações a seguir para 135 e 200 ºC. a) b) c) 02) Dê o produto das reações a seguir. a) b) c) QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 62 Ozonólise Consiste na quebra de uma cadeia na localização da dupla ligação utilizando ozônio e formando aldeídos ou cetonas. Reagente de Grignard O reagente de Grignard é o grupo R – MgCl. Ele é muito utilizado para a formação de álcoois primário, secundários ou terciários. Exercícios d) Isomeria Plana Isômeros são compostos que possuem a mesma fórmula molecular em arranjos diferentes. 01) Dê o produto das reações a seguir: a) b) c) QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 63 Isomeria plana de função Neste tipo de isomeria, a diferença encontra no grupo funcional da molécula orgânica. Exemplos: 1 – Isomeria éter – álcool Dada a formula molecular C2H6O podemos obter os seguintes compostos: metoximetano etanol 2 – Isomeria cetona – aldeído Dada a formula molecular C3H6O podemos obter os seguintes compostos propanona propanal 3 – Isomeria éster – ácido carboxílico Dada a formula molecular C3H4O2 podemos obter os seguintes compostos metanoato de metila ácidoetanóico 4 – Isomeria fenol – álcool aromático – éter aromático Dada a formula molecular C7H8O podemos obter os seguintes compostos QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 64 meta-metilfenol álcoolbenzílico metoxibenzeno Isomeria plana de cadeia Neste tipo de isomeria, a diferença encontra-se no tipo de cadeia carbônica. Exemplos: 1 – Isomeria cadeia fechada – cadeia aberta (cicloalcano – alceno) Dada a fórmula molecular C3H6 podemos obter os seguintes compostos ciclopropano propeno 2 – Isomeria cadeia ramificada – cadeia normal Dada a fórmula molecular C4H10 podemos obter os seguintes compostos metilpropano butano 3 – Isomeria cadeia heterogênea – cadeia homogênea Dada a fórmula molecular C2H7Npodemos obter os seguintes compostos QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 65 dimetilamina etilamina Isomeria plana de posição Neste tipo de isomeria, a diferença encontra-se na posição do grupo funcional, insaturação ou substituinte (radical). Exemplos: 1 – Isomeria de diferentes posições de grupos funcionais Dada a fórmula molecular C3H8O podemos obter os seguintes compostos propan-1-ol propan-2-ol 2 – Isomeria de diferentes posições de insaturações Dada a fórmula molecular C4H8 podemos obter os seguintes compostos but-1-eno but-2-eno 3 – Isomeria de diferentes posições de subsituinte Este caso só ocorre em formas acíclicas com no mínimo 6atomos de carbono ou em compostos cíclicos com no mínimo 5 átomos de carbono. Dada a fórmula molecular C5H10 podemos obter os seguintes compostos QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 66 1,1-dimetilciclopropano 1,2-dimetilciclopropano Compensação ou metameria Neste tipo de isomeria, a diferença encontra-se na posição do heteroátomo. Há quatro casos principais de metameria: entre ésteres, entre éteres, entre aminas e entre amidas. Exemplos: 1 – Metameria entre éteres Dada a fórmula molecular C4H10O podemos obter os seguintes compostos metoxipropano etoxietano 2 – Metameria entre amidas Dada a fórmula molecular C2H5ON podemos obter os seguintes compostos etanamida N-metilmetanamida Dinâmica ou tautomeria Este tipo de isomeria ocorre quando dois compostos, de mesma fórmula química e grupos funcionais diferentes coexistem em equilíbrio dinâmico. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 67 No geral, ela exemplifica a baixa estabilidade de enóis, os transformando em aldeídos ou cetonas. Exemplos: 1 – Tautomeriaaldo-enólica (enol – aldeído) Dada a fórmula molecular C2H4O podemos obter os seguintes compostos etenol etenal 1 – Tautomeriaceto-enólica (enol – aldeído) Dada a fórmula molecular C3H6O podemos obter os seguintes compostos Prop-1-en-2-ol propanona Exercícios 1- Descreva a isomeria plana de função. Porque possui esse nome? Dê exemplos. 2- Diferencie as isomerias plana de função e de cadeia. 3 A isomeria plana de posição explica a importância de identificarmos a localização (através de numeração) os radicais, grupos funcionais e insaturações. Comete a respeito dessa afirmativa. Polímeros Um polímero é uma substância formada por vários segmentos idênticos, por esse motivo, fica fácil de reconhecê-lo a partir de sua fórmula, bastando para isso observar se sua QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 68 representação mostra uma longa cadeia molecularformada pela repetição de uma quantidade enorme de pequenas partes iguais. As unidades repetidas em um polímero são chamadas de monômeros e se repetem em sequências com mais de mil átomos ligados (macromoléculas). Colocar no papel uma cadeia desse tamanho é inviável; acabamos por simplificar sua representação, indicando que a cadeia se estende ou, simplesmente, que um grupo se repete por muitas vezes. Toda vez que moléculas sofrem reações químicas que fazem com que elas se liguem repetidas vezes por meio de ligações covalentes fortes, teremos a formação de um polímero. Para isso, é preciso que apresentem duas valências disponíveis para dar prosseguimento ao crescimento da cadeia. Imagine uma corrente em q cada elo permite o encaixe em suas extremidades para que possa conectar-se com outros elos. Cada elo seria considerado como um monômero, isto é, a parte que se repete, e a corrente na sua totalidade o polímero. É dessa forma que inúmeras moléculas de etileno se juntam formando o polietileno. Aplicações Cada pessoa tem sua própria ideia do que vem a ser um plástico. Se pedirmos um exemplo, algumas pessoas citarão as películas moles e flexíveis dos saquinhos de lixo e de supermercado – polietileno; outras se lembrarão de brinquedos plásticos quebradiços – poliestireno; outra mais, dos tubos e das conexões PVC – policloreto de vinila; e um outro grupo poderá citar garrafas de refrigerante PET – polietileno tereftalato. Esses poucos exemplos nos mostram a grande diversidade de plásticos existente e algumas das diferentes propriedades que apresentam. Na verdade, há plásticos que são resistentes ao impacto ou quebradiços, transparente ou translucido, flexíveis ou rígidos, inflamáveis ou resistentes ao fogo, isolantes elétricos ou condutores e muito mais. Porém, todos possuem uma característica em comum, a baixa densidade, que se encontra entre 0,9 g mL-1 e 1,5 g mL-1, o que é bem inferior à de materiais como aço inox, alumínio, cimento ou vidro. Os plásticos são apenas uma parte do universo dos polímeros. Dentre outros componentes desse grupo podemos destacar as resinas, borrachas naturais ou sintéticas, fibras, madeira, couro, cimento e argila. Os polímeros são, muitas vezes, vistos como materiais exclusivamente sintéticos, entretanto existem polímeros naturais como, por exemplo, a celulose, o amido, a lã, as proteínas, a borracha natural e as cadeias de DNA e RNA. Exercícios 1- Descreva os Polímeros. Dê exemplos de polímeros que você utiliza no seu dia a dia. 2- Dentre os polímeros naturais, quais você julga como os mais importantes? 3- Dentre os polímeros industrializados, quais você julga como mais importante? 4- De acordo com as repostas das questões acimas, que polímeros são mais essenciais a vida humana, os naturais ou artificiais. Por quê? QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 69 Radioatividade – emissão de partículas e radiações Denomina-se radioatividade a atividade que certos átomos possuem de emitir radiações eletromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis com o propósito de adquirir estabilidade, transformando-se em outro elemento químico. Admite-se que a estabilidade do núcleo de um átomo esteja ligada à relação entre o número de nêutrons (n) e o número de prótons (p). Os elementos que apresentam nessa relação resultado igual a 1 são átomos bastante estáveis, portanto, não tendem sofrer radiação. O aumento nesta razão de número de nêutrons sobre o número de prótons é necessário para que não haja uma autodestruição do núcleo, entretanto, acima de 83 prótons, nenhuma quantidade de nêutrons é capaz de tornar esse átomo estável. A intensidade de radioatividade emanada por determinado isótopo é essencialmente uma propriedade do núcleo do átomo e, portanto, independente de qualquer fator químico ou físico a que o isótopo esteja submetido, como, por exemplo: - o tipo de substancia em que o isótopo está presente (metal, mineral, óxido, base, sal etc.); - o meio em que o isótopo esteja dissolvido (ácido, básico, aquoso, etc.); - a fase de agregação em que ele se encontra (gasosa, liquida, sólida); - o estado de divisão (em fatias, em pó, em barra); - as condições ambientais (dentro de um freezer ou de uma fornalha). Reações Nucleares naturais Em 1899, o físico francês Antoine Henri Becquerel (1852 – 1908), trabalhando com o elemento rádio, recém-descoberto pelo casal Curie, verificou que as radiações por esse elemento podiam ser desviadas por um campo magnético ou por um campo elétrico intenso. Em 1900, independente e quase simultaneamente, o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871 – 1937) e o químico francês Pierre Curie (1859 – 1906) identificaram dois tipos distintos de radiações emitidas por elementos radioativos. Essas radiações foram denominadas de alfa (α) e de beta(β). Ainda em 1900, o físico francês Paul UlrichVillard (1860 – 1934) identificou uma espécie de radiação eletromagnética, que também era emitida por esses elementos, a qual denominou radiação gama (γ). Emissões Alfa 42α Beta Gama 00γ Características São partículas pesadas, com carga elétrica positiva, constituída de 2 prótons e de 2 neutrons (como um núcleo de átomo de hélio). São particular leves, com carga elétrica negativa e massa desprezível (semelhante a elétrons). São radiações eletromagnéticas semelhantes aos raios X. Não possuem carga elétrica e não possuem massa. QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 70 Dano ao humano ser Pequeno. Quando incidem sobre o corpo humano, são detidas pela camada de células mortas da pele. Causam no máximo queimaduras. Médio. Quando incidem sobre o corpo humano, podem penetrar até 2 cm e causar danos sérios. Alto. Podem atravessar completamente o corpo humano, causando danos irreparáveis. Leis da radioatividade Essa emissão de particular do núcleo de um átomo instável ocorre de acordo com algumas leis básicas: Primeira Lei de Soddy Quando um átomo emite uma partícula 42α, seu número atômico (Z) diminui duas unidades e seu número de massa (A) diminui quatro unidades. Exemplo: 23892 U → 42α + 23490𝑇ℎ Segunda Lei de Soddy Quando um átomo emite uma partícula −10β, seu número atômico (Z) aumenta de 1 unidade e seu número de massa (A) permanece constante. Exemplo: Exercícios 1- Calcule o número atômico (Z) e o número de massa (A) dos átomos abaixo após emitirem 1particula alfa: a) Pu (Plutonio) – Z=94 e A=239 b) U (Urânio) – Z=92 e A=238 c) Th (Tório) – Z= 90 e A=232 2- Calcule o número atômico (Z) e o número de massa (A) dos átomos abaixo após emitirem 1particula beta: a) Pu (Plutonio) – Z=94 e A=239 b) U (Urânio) – Z=92 e A=238 c) Th (Tório) – Z= 90 e A=232 3- Porque a partícula gama não apresenta alteração no número de massa e número atômico? QUÍMICA ORGÂNICA –PROF. FRANCIS - 2016 71 Referências Universo da Química – Bianchi, Albrecht, Daltamir – Ed. FTD, 2008. Química na abordagem do cotidiano – Tito e Canto – Ed. Moderna, 2002. Apostila Sistema de Ensino Anglo Apostila Sistema de Ensino Positivo InterAtividade Química – Reis, Martha – Ed. FTD, 2003 (Coleção Delta)
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