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ALCANOS MARIRAH Os veículos necessitam derivados de petróleo como fonte de energia Alcanos • Os Alcanos são so hidrocarnonetos mais simples . Podem apresentam 1 até dezenas de átomos de carbono .O alcano mais simples é o metano Com um atomo de Carbono apenas Alcanos • As simples ligações caracterizam um alcano . • As duplas ou triplas pertencem aos alcenos e alcinos reapectivamente Alcanos – seqüências de carbono e hidrogênio • Os nove primeiros alcanos da série Methane C Ethane C - C Propane C - C - C Butane C - C - C - C Pentane C - C - C - C - C Hexane C - C - C - C - C - C Heptane C - C - C - C - C - C - C Octane C - C - C - C - C - C - C - C Nonane C - C - C - C - C - C - C - C - C First Ten Hydrocarbons Name Methane Ethane Propane Butane Pentane Hexane Heptane Octane Nonane Decane 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 Number of Carbon Atoms Molecular Formula Condensed Structural Formula C H H H H Methane CH4 H C C C C H H H H H H H H H Butane C4H10 Butyl -C4H9 Methyl -CH3 C H H H ? R H C C C C H H H H H H H H R Isomers of Butane Timberlake, Chemistry 7th Edition, page 383 H C C C C H H H H H H H H H C4H10 butane propane or isobutane H C C C C H H H H H H H H H methyl H C C C C H H H H H H H H H Butane C4H10 Butane C4H8 H C C C C H H H H H H H 1-butene but(1)ene n-butene C C C H H H H H H C H H 2-butene 1 2 3 4 1 2 3 4 Butene C4H8 H C C C C H H CH3 CH3 H H H C C H H H H H hexane 3, 3 dimethyl 1 2 3 4 5 6 or 1 2 3 4 5 6 hexane 4, 4 dimethyl C C C C CH3 C C CH3 Lowest sum of numbers is correct C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H C7H16 H C C C C H H H H H H H H H C C C H H H H H H Heptane 2, 4-dimethyl pentane condensed structural formula shorthand molecular formula Alcanos • São compostos orgânicos que apresentam só simples ligação ( ligação sigma ) Formula esqueleto dos Alcanos • São formulas simplificada onde os átomos de Carbono e Hidrogênio não estão explicitados ( nonane) • Right-to-left numbering totals: 3 + 3 + 5 + 6 = 17. Formula esqueleto dos alcanos • Nome dos alcanos ramificados • Observar a cadeia mais longa • Observar e nomear os radicais Etila Etila Metila metila Mas onde estão os alcanos ? • Os Alcanos ( hidrocarbonetos) estão nas áreas petrolíferas e no gás natural O Petróleo e os Alcanos Petróleo é uma combinação complexa de hidrocarbonetos. Composta na sua maioria de hidrocarbonetos alifáticos, alicíclicos e aromáticos • O petróleo e gás natural são encontrados tanto em terra quanto no mar, principalmente nas bacias sedimentares (onde se encontram meios mais porosos - reservatórios), mas também em rochas do embasamento cristalino. Estados físicos do petróleo • Ele pode ocorrer nos estados: • Sólido - Asfalto • Líquido - Óleo crú • Gasoso - Gás natural Aplicação e uso de petróleo • camiones, barcos, aviones, usinas generadoras de electricidad, no pueden funcionar sin el petróleo. Es por eso que los gobiernos se alarman cuando su precio aumenta Alcanos • Conceito – • São hidrocarbonetos de cadeia aberta (alifáticos ) de ligações simples (saturados ) Os alcanos, também chamados parafinas • Pouca afinidade - pouco reativo • O alcano mais simples tem apenas um átomo de carbono é o metano • CH4 Alcanos • Os alcanos apresentam fórmula CnH2n +2 • O número de átomo de Hidrogênio é o dobro do átomo de carbono + 2 O metano tem 1 Carbono O dobro de 1 é 2x1=2 2 + 2 = 4 Então o metano tem 4 carbonos . Etano ? molecular formula structural formula molecular shape ball-and-stick model CH4 C H H H H H H H H 109.5o C tetrahedron tetrahedral shape of methane C H H H H Structure of Propane et Butane Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, World of Chemistry 2002, page 635 Qual das estruturas é um alcano ? • A ) C10 H20 • B ) C22H45 • C ) C 17 H 36 • D ) C15 H 34 • E ) N. R . A Resposta C Propriedades físicas dos alcanos • Alcanos são praticamente insolúveis em água. • Alcanos são menos densos que a água. • Pontos de fusão e ebulição dos alcanos geralmente aumentam com o peso molecular e com o comprimento da cadeia carbônica principal. Alcanos propriedades físicas • Em condições normais, do CH4 até C4H10, alcanos são gasosos; • do C5H12 até C17H36 eles são líquidos; • e depois de C18H38, eles são sólidos • Exemplos de alcanos Propriedades químicas dos alcanos • Alcanos possuem baixa reatividade porque as ligações simples C-H e C-C são relativamente estáveis, difíceis de quebrar e são apolares. Alcano e sua pouca reatividade • Eles não reagem com ácidos, bases, metais ou agentes oxidantes. Pode parecer surpreendente, mas o petróleo (em que o octano é um dos principais componentes) não reage com ácido sulfúrico concentrado, metal sódio ou permanganato de potássio. Esta neutralidade é a origem do termo parafinas (do Latim para+affinis, que significa "pouca afinidade"). Polaridade de uma molécula A polaridade de uma molécula se refere às concentrações de cargas da nuvem eletrônica em volta da molécula. É possível uma divisão em duas classes distintas: moléculas polares e apolares Os alcanos são moléculas apolares Tabela de eletronegatividade dos elementos químicos Gr upo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Per íod o 1 H 2,1 He 2 Li 1,0 Be 1,5 B 2,0 C 2,5 N 3,0 O 3,5 F 4,0 Ne 3 Na 0,9 Mg 1,2 Al 1,5 Si 1,8 P 2,1 S 2,5 Cl 3,0 Ar 4 K 0,8 Ca 1,0 Sc 1,3 Ti 1,5 V 1,6 Cr 1,6 Mn 1,5 Fe 1,8 Co 1,9 Ni 1,8 Cu 1,9 Zn 1,6 Ga 1,6 Ge 1,8 As 2,0 Se 2,4 Br 3,0 Kr 5 Rb 0,8 Sr 1,0 Y 1,2 Zr 1,4Nb 1,6 Mo 1,8 Tc 1,9 Ru 2,2 Rh 2,2 Pd 2,2 Ag 1,9 Cd 1,7 In 1,7 Sn 1,8 Sb 1,9 Te 2,1 I 2,5 Xe 6 Cs 0,7 Ba 0,9 * Hf 1,3 Ta 1,5 W 1,7 Re 1,9 Os 2,2 Ir 2,2 Pt 2,2 Au 2,4 Hg 1,9 Tl 1,8 Pb 1,9 Bi 1,9 Po 2,0 At 2,2 Rn 7 Fr 0,7 Ra 0,9 ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uu b Uut Uu q Uu p Uu h Uus Uu o Polaridade de uma molécula • Nas moléculas apolares, a carga eletrônica está uniformemente distribuída, ou seja, não há concentração • Os atómos ligados tem igual eletronegatividade • A diferença de eletronegatividade entre o H e o C é pequena por isto ao alcanos são moléculas apolares Polaridade da água • O átomo de oxigênio é mais "eletronegativo“ ( 3,5) que o átomo de hidrogênio, ou seja,o hidrgênio ( 2,1) tem mais "afinidade" pelos elétrons. Com esta característica a água pode formar pontes de hidrogênio Pontes de hidrogênio • As pontes de hidrogênio ou ligações de hidrogênio são interações que ocorrem entre o átomo de hidrogênio e dois ou mais átomos, de forma que o hidrogênio sirva de ´elo´ entre os átomos com os quais interagem..... Propriedades químicas dos alcanos • Os alcanos são compostos naturalmente pouco reativos. Para fazer reagir um alcano é preciso fornecer grande quantidade de energia, pois sua estrutura é muito estável e muito difícil de ser quebrada. Só uma partícula extremamente reativa, como um átomo ou um radical livre, consegue atacar a molécula do alcano. Cisão homolitica radical livre • As reações dos alcanos geralmente se dão pela subtração de hidrogênios do alcano, rompendo homoliticamente a ligação. Forma-se então um radical livre, que continua a seqüência da reação. Alcanos – radicais livres • Forma-se então um radical livre, que continua a seqüência da reação. A molécula do alcano, todavia, possui diversos átomos de hidrogênio, e o produto, que efetivamente se forma, depende de qual desses hidrogênios é removido. Nomenclatura dos alcanos • Os alcanos na determinação do seu nome apresentam um prefixo que corresponde ao numero de átomos de carbono ( ou raiz ) • Apresentam um uma parte intermédia que corresponde à insaturação • Apresentam uma terminação • Se nombra la raíz con el sufijo ano. Sintaxis: raízano ( alcano ) Nomenclatura dos alcanos • Raiz – corresponde ao numero de atomos de carbono • Parte intermediaria an • Terminação --- o Nomenclatura dos alcanos Met an o M e ta n o E ta n o Nomenclatura dos alcanos • n=1 - CH4 - metano • Prefixo --- Met ( 1 C ) • Parte intermediaria an ( simples ligação • Terminação ------ o ( hidrocarbonetos • n=2 - C2H6 - etano • Prefixo --- Met ( 1 C ) • Parte intermediaria an ( simples ligação • Terminação ------ o ( hidrocarbonetos Nomenclatura dos alcanos • Qual o nome do alcano ? Propano Heptano Hexano Octano Decano N Nome N Nome N Nome N Nome 1 Metano 11 Undecano 21 Henicosano 31 Hentriacontano 2 Etano 12 Dodecano 22 Docosano 32 Dotriacontano 3 Propano 13 Tridecano 23 Tricosano 33 Tritriacontano 4 Butano 14 Tetradecano 24 Tetracosano 50 Pentacontano 5 Pentano 15 Pentadecano 25 Pentacosano 60 Hexacontano 6 Hexano 16 Hexadecano 26 Hexacosano 70 Heptacontano 7 Heptano 17 Heptadecano 27 Heptacosano 80 Octacontano 8 Octano 18 Octadecano 28 Octacosano 90 Nonacontano 9 Nonano 19 Nonadecano 29 Nonacosano 100 Hectano 10 Decano 20 Icosano 30 Triacontano 132 Dotriacontaectano Radicais Orgânicos • Radicais orgânicos são espécies ou conjunto de átomos ligados entre si e que apresenta um ou mais elétrons livres (valências livres). • Nos radicais orgânicos, um carbono tem um elétron desemparelhado, sozinho num orbital Exemplos de radicais orgânicos Valênicia livre Carbono central O mesmo que propenil O mesmo que propinil Valênicia livre Carbono central O mesmo que etenil Radicais orgânicos • H3C─ Metila H2C─CH2─ Etila H3C─CH2─CH2─ propila isopropila Radical alquila com quatro carbonos: Neste caso, temos quatro possibilidades Radicais monovalentes derivados dos alcanos • Principais radicais monovalentes dos alcanos – Isopropil Radicais monovalentes alcanos Cadeia principal nos alcanos ramificados • 1- Encuentre la cadena principal, que es la cadena carbonada más longa presente en el compuesto . Necessariamente ela pode não ser linear , mas esta disposta em ferradura ou forma de Z ou U Alcanos ramificados - regra • Numere la cadena principal por el extremo que le assegure el número más bajo posible al "primer punto de diferencia" de modo que los sustituyentes reciban los menores números posibles. Prefixos multiplicativos • Cuando existan dois o más sustituyentes iguales, se insertan los prefijos multiplicativos • di (2), tri (3), tetra (4), penta (5), hexa (6), hepta (7), octa (8), nona (9), deca (10), etc. antes del nombre del sustituyente para indicar el número desses sustituyentes. Cadeia Principal Radicais e os menores números dos substituintes • Os menores números que indicam as posições dos radicais são : metil = 3 e etil =4 (de baixo para cima). Resumo das regras • Determina la cadena mas larga que contenga la función principal • Numera la cadena proximo a la función principal • Nombra los grupos sustituyentes que hay sobre la cadena • Nombra el compuesto Alcanos ramificados com radicais iguais • cadeia pricipal : hexano n= 6 Carbonos • radicais : metil, metil, metil = trimetil • posições dos radicais : metil = posição 2 • metil =posição 2 • metil = posição 3 • Assim tem-se 2,2,3 trimetil hexano Nomenclatura em ordem alfabética ou de compexidade • Pela ordem de complexidade tem-se : • 3 –metil- 4 -etil heptano • Pela ordem alfabética tem-se : • 4 –etil-3 -metil heptano metil etil Nome dos alcanos • 2,3 dimetil – butano •2,3 dimetil – butano Nomenclatura – Alcanos Ramificados 1- Destacar a maior cadeia carbônica que é a cadeia principal ( dá nome ao composto ) 2-Começar a numeração na extremidade onde se encontra o radical e proceder a numeração do alcano 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2,3,5-Trimetilexano (não 2,4,5-Trimetilexano) 2,7,8-Trimetildecano (não 3,4,9-Trimetildecano) 5-Metil-4-propilnonano (não 5-Metil-6-poprilnonano) Soma menor é 10 Menor soma 9 ERRADO Alcanos ramificados • 5,5,6 – tricloro - 4,4 – dietil – 2,3 – dimetiloctano Nome dos alcanosNome do alcano • Qual o nome do alcano Nome dos alcanos Nome dos alcanos PRINCIPAIS REAÇÕES DOS ALCANOS • Como são poucos reativos os alcanos apresentam poucas reações . • Destacam-se • 1- Craque ou Pirólise 2- Halogenação 3- Nitração 4- Sulfonação Reação dos Alcanos Craque ou 1-Pirolise • Os alcanos, quando convenientemente aquecidos, sofrem ruptura homolítica na cadeia, simétrica ou não, resultando outros alcanos e alcenos de cadeias menores 1- Pirólise • O alcano passa através de uma câmara aquecida a cerca de 400 a 600ºC, utilizando geralmente um catalisador formado por óxidos metálicos. Essas reações também produzem certa quantidade de hidrogênio . Craque ou pirólise dos alcanos alceno alcano Uma ligação é formada por um par de eletrons Craque ou pirólise • A reação ocorre a elevadas temperaturas • 400 a 600º C ( condição da reação ) • Reação de substituição via radicais( tipo de reação ) • Produtos formados alcenos e alcanos menores ( produtos formados ) importante 2- Halogenação de alcanos • A halogenação de um alcano se dá por substituição de um átomo de hidrogênio por um halogênio, resultando em um haleto de alquila A reação ocorre via radicais livres . • Halogenação dos alcanos • Se o alcano for o propano poderemos ter a formação de 1 bromo propano ( no caso de bromação) ou do seu isômero 2 – bromo – propano . • Tudo dependerá dos Hidrogênios que serão substituídos se os primários ou secundários . Halogenação dos alcanos * * Br radical 3- Nitração de alcanos • Os alcanos podem ser nitrados utilizando- se ácido nítrico concentrado em condições enérgicas (aprox. 400ºC), produzindo nitro-compostos HNO3 carbânion Saída de água 4- Sulfonação dos alcanos • Os alcanos podem ser sulfonados utilizando-se ácido sulfúrico concentrado a altas temperatura, produzindo ácidos sulfônicos H2SO4 carbânion Saída de Água Obtenção dos alcanos Os alcanos mais baixos, desde o metano até o n-pentano, podem ser obtidos em estado puro, pela destilação fracionada do petróleo e do gás natural. Metano pentano destilação petróleo Obtenção dos alcanos • No petróleo encontram-se mistura de diversos hidrocarbonetos com números de átomos de carbono e, sob a forma de diversos isômeros. • Os demais alcanos têm de ser preparados em laboratório. Obtenção dos alcanos Através da reação de um haleto orgânico , alifático saturado com sódio metálico em meio anidro . • 2 R X + 2 Na • R – R + 2 N a X A Industria petrolifera detém a tecnologia de obtenção de Hidrocarbonetos As reações de obtenção não são bem explicadas Reação de Wurtz • Wurtz Reaction- Haleto orgânico com sódio metálico – Alcano CH3 - Cl CH3 - Cl Na Na Alcano ? Etano Mecanismo - Reação de Wurtz • Mechanism • Wurtz reaction • Agora resolva : Qual o produto da reação • 2CH3I + 2Na →. Wurtz reaction • Agora resolva : Qual o produto da reação • 2CH3I + 2Na → CH3CH3 + 2NaI. Qual o produto da reação ? Qual o produto da reação ? Reagente de Grignard • Consiste na hidrolise ( reação com água de compostos de Grignard alifaticos saturados ---- Alcano • Reagente de Grignard + água Alcano + • R -Mg -X + H2O ---- R -H + MgX(OH) HIDRÓXIDO BÁSICO DE MAGNÉSIO • H-O-H R-H Dumas • Consiste na reação do éster mais hidroxido de sódio formando alcano e carbonato de sódio . O mecanismo da reação não é bem explicado O || D R C ONa + NaOH R H + Na2CO3 CaO Isomeria dos alcanos • Isomeros Los compuestos de estructura diferente que tienen la misma fórmula molecular se denominan isómeros. El número de posibles isómeros aumenta con el número de carbonos • Etanol e Éter metílico possuem a mesma fórmula (C2H6O Número de isômeros n (CnH2n+2) Isómeros n (CnH2n+2) Isómeros 1 1 6 5 2 1 7 10 3 1 8 19 4 2 9 43 5 3 20 >400.000 Carbono assimétrico ou carbono quiral • O carbono quiral é aquele que está ligado a quatro substituines diferente Isomeria Plana Cadeia Posição Função Metameria Tautomeria Espacial Geométrica Ótica Classificação da isomeria Isomeria de cadeia Na isomeria de cadeia os isômeros apresentam a disposição da cadeia carbônica de maneira deferente Isomeria de cadeia C4H10 CH3- CH - CH3 CH3 CH3- CH2- CH2 - CH3 Metil - propano Butano Isomeria de posição Isomeria plana de posição ocorre quando os isômeros tem a mesma cadeia carbônica, mas diferem pela posição de radicais ou de ligações duplas ou triplas. C4H8 CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3 1 2 3 4 Buteno-1 Buteno-2 1 2 3 4 Isomeria de posição C3H8O CH3- CH2- CH2- OH 3 2 1 CH3- CH- CH3 OH Propanol-1 Propanol-2 1 2 3 Isomeria de Função Isomeria funcional ocorre quando os isômeros pertencem a funções químicas diferentes. Os casos mais comuns de isomeria plana de função ocorrem entre: •Álcoois e Éteres; •Aldeídos e Cetonas; •Ácido Carboxílicos e Ésteres. Isomeria de Função Álcoois e Éteres; CH3- CH2 – OH Etanol CH3- O - CH3 Metóxi-metano C2H6O Isomeria de Função Aldeídos e Cetonas; CH3- CH2 - CHO Propanal CH3 - CO - CH3 Propanona C3H6O Isomeria de Função Ác.Carboxílicos e Ésteres; CH3- CH2 -COOH Ác. Propanóico CH3 -COO- CH3 Etanoato de metila C3H6O2 Metameria (compensação) Isomeria de compensação ocorre quando os isômeros diferem pela posição de um heteroátomo na cadeia carbônica. CH3- CH2 -O- CH2 - CH3 Etóxi-etano CH3 -O- CH2 - CH2 - CH3 Metóxi-propano C4H10O Tautomeria Enol Aldeído Tautomeria é o caso particular de isomeria funcional onde os dois isômeros ficam em equilíbrio dinâmico. C H OH CH2 CH3 - C O H C H OH CH3 - C O Tautomeria aldo-enólica Tautomeria Enol Cetona Tautomeria é o caso particular de isomeria funcional onde os dois isômeros ficam em equilíbrio dinâmico. Tautomeria Ceto-enólica C OH CH2 CH3 C OH C O CH3 CH3 C O CH3 Isomeria Geométrica (Cis –Trans) Condições de existência: 1) Cadeias alifáticas com ligação dupla entre carbonos ou cadeias cíclicas; 2) Radicais no mesmo carbono e = entre carbonos; 3) Radicais nos carbonos da dupla. C - C O O H H C - C O O H H Mesmo composto C = C CH3 CH3 H H C = C CH3 CH3 H H Cis Trans H CH3 H H H CH3 CH3 CH3 Isomeria Geométrica (Cis –Trans) Condições de existência: 1) Cadeias alifáticas com ligação dupla; 2) Radicais no mesmo carbono e = entre carbonos; Cis Trans CH3 CH3 H H CH2 C C H H CH3 CH3H CH3 H CH3 CH2 C C H CH3 H CH3 Isomeria Geométrica (Cis –Trans) Condições de existência: 1) Cadeias cíclicas; 2) Radicais no mesmo carbono e = entre carbonos; C = C CH3 CH2- CH3 H OH C = C CH3 CH2- CH3 H OH Cis Trans OH CH2- CH3 H OH H CH3 CH3 CH2- CH3 Isomeria Geométrica (Cis –Trans) Condições de existência: 1) Cadeias alifáticas com ligação dupla entre carbonos; 2) Radicais nos carbonos da dupla. Terminologias 1) Carbono Quiral (assimétrico) que está ligado a quatro radicais diferentes. 2) Enântiomeros, Antípodas ou enântiomorfos cada um dos isômeros ativos. CH3- C - COOH OH H CH3 * OH H COOH Terminologias 1) Carbono Quiral (assimétrico) que está ligado a quatro radicais diferentes. 2) Enântiomeros, Antípodas ou enântiomorfos cada um dos isômeros ativos. CH3- C - COOH OH H CH3 * OH H COOH Comportamento levógiro 5) Levógiro - desvia o plano de luz para a esquerda. Imagem especular invertida Imagem invertida Isomeria óptica • Isômeros ópticos são aqueles que desviam o plano da luz polarizada já que apresentam quiralidade CH3 * OH H COOH Isomeria Óptica HOOC- C - CH3 OH H CH3- C - COOH OH H Enantiômeros , enantiomorfos ou antípodas Ác. (+) d-Láctico Ác. (-) l -Láctico Luz polarizada Luz polarizada Uma mistura formada por partes iguais dos antípodas d e l (mistura equimolar) não desvia o plano da luz polarizada e é chamada de mistura racêmica. O número de isômeros opticamente ativos que uma substância pode apresentar é dado pela relação: 2n = n° de isômeros ativos 2n-1 = n° de racêmicos onde n é o número de carbonos assimétricos diferentes. Mistura racêmica
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