2 Introdução Fórmulas Estruturais Isomeria

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Química Orgânica: Histórico
Fórmulas Estruturais
1
Introdução à Química Orgânica
1
Introdução
2
Química orgânica é a química dos compostos de carbono. 
Compostos de carbono são fundamentais à vida em nosso planeta. As moléculas de DNA, 
que contêm nossa informação genética; as proteínas, que catalisam as reações em nosso 
corpo e se constituem em compostos essenciais do sangue, músculos e pele são exemplos de 
compostos orgânicos.
Compostos orgânicos fornecem a energia que sustenta a vida e movimenta os veículos que 
usamos. Constituem a quase totalidade dos compostos usados para tratar doenças, 
compõem as fibras das roupas e vários materiais que usamos modernamente.
Não é exagero, portanto, afirmar que a química orgânica está associada com quase todos 
os aspectos da nossa existência. 
2
A apresentação do conteúdo desse tópico do programa 
segue abordagem histórica, mostrando a evolução de 
conceitos fundamentais da química orgânica. 
Química Orgânica3
Indinavir
Estrutura 3-D da Mioglobina
Torre de destilação Petróleo
Metano
3
Desenvolvimento da Química Orgânica 
Como Ciência
4
Pode-se afirmar que os seres humanos desde os primórdios de sua
existência vêm usando reações em que se empregam compostos
orgânicos, como as que ocorrem na geração de fogo e na preparação
de vinho.
O desenvolvimento da química orgânica como ciência é bem mais
recente, porém. Os historiadores apontam para o início do século
dezenove como a época do surgimento da química orgânica como
ciência. Química orgânica é, portanto, uma ciência relativamente nova.
Com um pouco mais de 200 anos de existência, a química orgânica 
iniciou seu desenvolvimento com o Vitalismo.
4
O Início - Vitalismo
5
Compostos inorgânicos eram 
os obtidos de fontes 
inanimadas
Compostos orgânicos eram 
aqueles que, então, eram 
obtidos de organismos vivos 
e fontes naturais 
Por volta de 1780 os 
químicos já distinguiam 
entre compostos 
orgânicos e inorgânicos
5
Vitalismo
6
Juntamente com essa 
diferenciação surge o 
vitalismo, uma doutrina 
que predominou no início 
do século XIX, que 
preconizava ser necessária 
uma força vital para a 
preparação de um 
composto orgânico.
Em meados do século XIX 
a teoria da força vital se 
tornara insustentável, já 
havia inúmeros compostos 
orgânicos preparados em 
laboratório, inclusive a 
partir de fontes 
inorgânicas.
A síntese de uréia, 
composto orgânico 
presente na urina de 
mamíferos, realizada por 
Friedrich Wöhler em 
1828 pelo aquecimento e 
evaporação de solução de 
cianato de amônio, marca 
o fim do vitalismo.
6
A Síntese de Wöhler
7
Friedrich Wöhler nascido em Frankfurt, Alemanha, em 1800 foi
químico e pedagogo . Além de precursor no campo da química
orgânica, isolou dois elementos químicos: o alumínio e berílio. Foi
professor da Universidade de Göttingen, cidade em que faleceu em
1882.
7
cianato de 
amônio Uréia
H2N NH2
O
calorNH4
+ NCO-
Do Vitalismo à Teoria Estrutural
8
 Em 1784, Antoine Lavoisier havia mostrado que compostos orgânicos
apresentavam carbono, a maioria tinha hidrogênio e muito
frequentemente apresentavam oxigênio, além de outros elementos.*
 Entre 1811 e 1831, métodos quantitativos para a determinação da
composição de compostos orgânicos foram desenvolvidos por Justus
Liebig, J.J. Berzelius e J.B.A. Dumas.
 Em 1860, Stanislao Canizzaro mostrou que a hipótese de Amadeo
Avogadro (1811) podia ser usada para distinguir entre fórmulas
empíricas e fórmulas moleculares, o que permitiu diferenciar inúmeros
compostos que apresentavam a mesma fórmula empírica. Por exemplo,
eteno (C2H4), ciclopentano (C5H10) e ciclo-hexano (C6H12)têm a mesma
fórmula empírica: CH2 . (Revisão fórmulas químicas - Fórmulas Químicas.ppt)
 *A característica que distingue os compostos orgânicos é que todos têm carbono.
8
Teoria Estrutural da Química Orgânica
9
 Entre 1858 e 1861, August Kekulé, Archibald S. Couper e
Alexander M. Butlerov, trabalhando independentemente,
lançaram as bases da teoria estrutural, fundamental para o
avanço da química orgânica.
August Kekulé
Archibald S. Couper
Alexander M. Butlerov
9
Teoria Estrutural da Química Orgânica
10
A teoria estrutural apresentava duas premissas centrais:
1. Nos compostos orgânicos, os elementos estabelecem um número
fixo de ligações. A medida dessa habilidade de combinação foi
chamada de valência. Carbono é tetravalente, ou efetua quatro
ligações. Oxigênio é divalente; hidrogênio e os halogênios, (mais
comumente), são monovalentes.
C O H Cl
Carbono Oxigênio Hidrogênio e Halogênios 
Tetravalente Divalente Monovalente
10
Teoria Estrutural da Química Orgânica
11
2. Átomos de carbono podem usar uma ou mais de suas valências para
formar ligações com outros átomos de carbono. As ligações carbono-
carbono podem ser simples ou múltiplas:CH
H
C H
H
H H
CC
H H
HH
C C HH
Simples Dupla Tripla
Etano
Eteno Etino
11
Teoria Estrutural
Fórmulas Estruturais
12
 O assinalamento de fórmulas estruturais para os compostos
orgânicos é uma importante consequência da teoria estrutural.
 Por ocasião da publicação da teoria estrutural, a distinção
entre compostos fundamentalmente diferentes mas que
apresentavam a mesma fórmula molecular era uma questão
ainda sem solução para os químicos.
 Fórmulas estruturais permitiram a distinção entre isômeros, já
que possibilitam evidenciar as diferenças estruturais.
12
ISÔMEROS
São compostos distintos com a mesma fórmula 
molecular.
13
13
Isomeria
14
 Os dois compostos abaixo apresentam propriedades muito
diferentes e possuem a mesma fórmula molecular C2H6O. A mais
notável dessas diferenças é que um deles é líquido à temperatura
ambiente e o outro é um gás.
 As diferentes propriedades são resultado de diferenças estruturais
importantes que a fórmula estrutural evidencia:
C
H
H
H
 C
H
H
O H C O C
H
H
H
H
H
H
Álcool etílico Éter dimetílico
Ponto de ebulição (oC) 78,5 -24,9
Ponto de fusão (oC) -117,3 -138
14
Isômeros Constitucionais
15
 Álcool etílico e éter dimetílico têm estruturas distintas. Elas
diferem na conectividade, ou seja, na ordem das ligações.
Isômeros com essa característica são chamados de isômeros
constitucionais.
Modelos de bola e vareta mostram as estruturas do álcool etílico (A) e 
do éter dimetílico (B).
A B
15
Isômeros Constitucionais
16
 Isômeros são compostos distintos que apresentam a mesma
fórmula molecular.
 Isômeros constitucionais são compostos diferentes que têm a
mesma fórmula molecular e apresentam diferenças na
conectividade, ou seja, na sequência em que os átomos estão
ligados.
 Isômeros constitucionais geralmente apresentam diferentes
constantes físicas (ponto de fusão, ponto de ebulição,
densidade e outras) e propriedades químicas. Essas
diferenças, porém, podem não ser tão marcantes quanto as
que observamos para álcool etílico e éter dimetílico.
16
Isômeros Constitucionais
17
Isômeros constitucionais podem apresentar: 
 cadeias carbônicas diferentes, como butano e 
isobutano:
C
H
H
H
C C C
H
H
H
H
H
H
H
C
H
H
H
C C H
H H
H
CH H
H
Butano
IsobutanoC4H10
C4H10
17
Isômeros Constitucionais
18
 Grupos funcionais diferentes, como no exemplo 
introdutório: C
H
H
H
 C
H
H
O H C O C
H
H
H
H
H
H
Álcooletílico Éter dimetílico
C2H6O C2H6O
18
Isômeros Constitucionais
19
 Diferença na localização de um mesmo grupo 
funcional na cadeia carbônica: C
H
H
H
C C O
H
H
H
H
H C
H
H
H
C C
H
O
H
H
H
H
1-Propanol 2-Propanol
C3H8O C3H8O
19
Isomeria
20
 Vimos nos exemplos acima de que modo a isomeria
constitucional pode se apresentar. Mais adiante,
estudaremos um outro tipo de isomeria, a
estereoisomeria.
 Estereoisômeros são isômeros que apresentam
diferenças em sua estrutura tridimensional, embora
apresentem a mesma conectividade.
 Vejamos a seguir a chave de classificação dos
isômeros.
20
21
21
Is
ô
m
e
ro
s
Constitucionais - Diferenças na conectividade, 
Estereoisômeros
Mesma conectividade
Estruturas tridimensionais distintas
Enantiômeros
Diastereoisômeros
Geralmente apresentam propriedades físicas e químicas
diferentes.
São imagens especulares.
Não são imagens especulares.
FÓRMULAS ESTRUTURAIS
A Representação Gráfica de Fórmulas Químicas 
22
22
Fórmulas do Traço de Ligação ou 
Estruturas de Kekulé
23
 As fórmulas estruturais usadas até agora são chamadas
de fórmulas de traço de ligação ou, ainda, de fórmulas
de Kekulé. Nelas, todas as ligações são explicitas, como
nos exemplos abaixo.
23
CH
H
H
C C C C
H
H
H
H H
H
H
H
H
2-Metilbutano
C C C C
H
H
H
H H
H
H
H
HCl
2-Clorobutano
C C C C
H
H
H
H H
H
H
H
HH
Butano
H C C C
H H
O
H
H
HH
H
2-Propanol
Fórmulas Estruturais Condensadas
24
 Os textos de química orgânica também usam outras representações
gráficas para as moléculas orgânicas, entre elas as fórmulas
estruturais condensadas. Nelas, as ligações covalentes simples
podem ser todas, ou em parte, omitidas. Os substituintes são escritos
após cada carbono e se empregam índices subscritos para indicar
o número de substituintes idênticos.
24
C C C C
H
H
H
H H
H
H
H
HH
CH3CH2CH2CH3
Fórmula de
Kekulé
CH3(CH2)2CH3
Fórmulas Estruturais Condensadas 
Butano
Fórmulas Estruturais Condensadas
25
 Mais alguns exemplos:
CH
H
H
C C C C
H
H
H
H H
H
H
H
H
2-Metilbutano
Fórmula de
Kekulé Fórmulas Estruturais Condensadas 
CH3CH(CH3)CH2CH3 CH3CHCH3CH2CH3 CH3CHCH2CH3
CH3
25
Fórmulas Estruturais Condensadas
26
26
C C C C
H
H
H
H H
H
H
H
HCl
2-Clorobutano
Fórmula de
Kekulé Fórmulas Estruturais Condensadas 
CH3CHClCH2CH3 CH3CHCH2CH3
Cl
Fórmulas Estruturais Condensadas
27
H C C C
H H
O
H
H
HH
H
2-Propanol
CH3CH(OH)CH3 CH3CHOHCH3 (CH3)2CHOH CH3CHCH3
OH
Fórmula de
Kekulé Fórmulas Estruturais Condensadas 
27
Fórmulas Estruturais Condensadas
28
 Nas fórmulas estruturais condensadas as ligações
múltiplas devem ser explícitas, não podem ser omitidas:
28
C C C C
H
H
H H
H
H
H
H
H2C CHCH2CH3
1-Buteno
Fórmula de
Kekulé
Fórmula Estrutural Condensada 
C C C C
H
H
H
H
H
H
2-Butino
Fórmula de
Kekulé
Fórmula Estrutural Condensada 
CH3C CCH3
Fórmulas de Linha de Ligação ou de 
Esqueleto Carbônico
29
 As fórmulas de linha de ligação ou de esqueleto
carbônico introduzem simplificação ainda maior das
estruturas de moléculas orgânicas, como podemos ver
abaixo:
29
CH3CH2CH2CH3
Butano
H3C
CH2
CH2
CH3
Simplifica-se
Fórmula de linha de 
ligação
Entre colchetes, as informações implícitas na fórmula de linha de ligação.
Fórmulas de Linha de Ligação ou de 
Esqueleto Carbônico
30
Características das fórmulas de esqueleto carbônico:
 A cadeia carbônica é representada por uma linha angulada
(pregueada), em que cada vértice corresponde a um carbono;
 São omitidos os carbonos e os hidrogênios ligados a carbonos.
30
2-Metilbutano
 CH3CHCH2CH3
CH3
H3C
CH
CH2
CH3
CH3
Fórmulas de Linha de Ligação ou de 
Esqueleto Carbônico
31
 Heteroátomos e hidrogênios a eles ligados devem ser 
explicitados:
31
CH3CHClCH2CH3
Cl
torna-se
CH3CH2CH2CH2OH OHtorna-se
CH3CH2CH2NCH2CH3
H
torna-se N
H
Fórmulas de Linha de Ligação ou de 
Esqueleto Carbônico
32
 Ligações múltiplas são representadas nas estruturas 
como traços múltiplos:
32
H2C CHCH2CH3 torna-se
CH3C CCH3 torna-se
1-Buteno
2-Butino
Fórmulas de Linha de Ligação ou de 
Esqueleto Carbônico
33
 Estruturas cíclicas e policíclicas são preferencialmente
representadas por fórmulas de linha de ligação, vejamos
alguns exemplos:
33
OH
O
Ciclopentano Metilciclo-hexano Testosterona
O Carbono Tetraédrico 
34
 Em 1874, as fórmulas estruturais, desenvolvidas
anteriormente por Kekulé, Couper e Butlerov, puderam ser
concebidas como estruturas tridimensionais a partir do
trabalho independente de J. H. van’t Hoff e J. A. Le Bel.
34
J.H. van’t Hoff J. A. Le Bel
O Carbono Tetraédrico 
35
 Esses cientistas propuseram que as quatro
ligações do átomo de carbono no metano se orientam
para os vértices de um tetraedro regular, cujo centro é
ocupado pelo carbono.
Ângulo de 109,5o 
entre as ligações
O Carbono Tetraédrico 
36
 A determinação da ordem em que os átomos 
ligam nas moléculas e seu arranjo espacial são 
fundamentais para a compreensão da química 
orgânica. 
36
Fórmulas Tridimensionais
37
 Nenhuma das fórmulas apresentadas até agora informa a
orientação espacial dos átomos nas estruturas.
 Algumas fórmulas estruturais são usadas com a finalidade
de informar o arranjo tridimensional das moléculas. A
fórmula em perspectiva mais usada nos textos de química
orgânica tem as seguintes características:
37
C
H
H
H
H
Ligações no plano da página
são desenhadas com traços simples,
com ângulo aproximado de 109o.
 Ligações para a frente do plano 
da página são desenhadas em forma 
de cunha em negrito. 
Ligações que estão para 
trás do plano da página 
são desenhadas como uma
cunha tracejada. 
Fórmulas Tridimensionais
38
 Vejamos alguns exemplos de fórmulas tridimensionais:
38
C
H
 H
H
H
C
H
H
H
Metano
ou
H
C
H
 Br
H
H
C
H
 HH
Br
ou
C
Br
 HH
H
ou
Bromometano
Carbono tetraédrico
C C
H
H
H
H
H
H C
 C
H
HH
H
H
H
ou
Etano
Fórmulas Tridimensionais ou em Perspectiva
39
 Fórmulas tridimensionais são fundamentais para
assinalamento das diferenças de arranjo espacial entre
estereoisômeros como, por exemplo, enantiômeros.
 Enantiômeros têm estruturas que são imagens especulares
não sobreponíveis uma da outra. A causa mais comum de
ocorrência de enantiômeros é haver na molécula um
carbono ligado a quatro substituintes diferentes, como
ocorre na molécula abaixo:
39
C
F
Br
ClH
Fórmulas Tridimensionais
40
 Para essa molécula há dois arranjos espaciais possíveis, que
são imagens especulares e não podem ser sobrepostos. As
fórmulas tridimensionais mostram os dois arranjos possíveis:
40
C
Cl
 F
Br
H
C
Cl
 F
Br
H
Enantiômeros
41
 As fórmulas tridimensionais distinguem os dois arranjos,
como poderemos confirmar com os modelos de bola e
vareta.
41
Imagens de espelho uma da outra
Tentativa de sobreposição
Não é possível sobrepor exatamente
todos os substituintes, pois são
estruturas diversas
Enantiômeros
42
 A ocorrência deenantiômeros é possível sempre que em uma
molécula houver um carbono tetraédrico ligado a quatro
substituintes diferentes. Esse carbono é chamado de carbono
assimétrico ou carbono quiral.
 A molécula com essas características é assimétrica ou quiral
(termo relacionado à cheir, mão em grego).
 Enantiômeros apresentam todas as propriedades físicas
idênticas, exceto o desvio da luz polarizada. Além disso,
apresentam diferenças marcantes em propriedades que se
relacionam ao arranjo tridimensional dos átomos, como por
exemplo, interações com receptores e centros enzimáticos.
 Segue-se uma chave de classificação dos estereoisômeros.
42
43
43
Estereoisômeros
Átomos ligados na mesma ordem, diferenças 
na orientação espacial
Enantiômeros
Imagens especulares
Diastereoisômeros
Não são imagens especulares 
Diastereoisômeros
Cis-trans
Diastereoisômeros
Configuracionais
Estereoquímica é um tópico independente em nosso programa.
Propriedades físicas idênticas, 
exceto desvio da luz polarizada
Propriedades físicas diferentes 
44
A química hoje é unificada. A característica 
comum a todos os compostos orgânicos é que 
contêm o elemento carbono. Química orgânica 
é, então,o estudo dos compostos de carbono. 
Veremos nas próximas aulas a evolução dos 
conceitos de estrutura atômica que são a base 
necessária para entendermos as ligações nos 
compostos orgânicos. 
Referências
45
 Solomons, T. W. G., Organic Chemistry, 10a
Ed.; John Wiley & Sons, Inc. (2009), ISBN-13: 
978-0470401415.
 McMurry, J., Organic Chemistry, 7ª Ed., 
Brooks/Cole Publishing Company (2007).
 Carey. F. A., Organic Chemistry, 8ª Ed., 
McGraw Hill Science, New York (2010), ISBN-
13: 978-0077354770.