Grupos Funcionais

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Grupos Funcionais e 
Forças Intermoleculares
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1 – Ligações covalentes carbono-carbono
2 – Hidrocarbonetos: Alcanos, Alcenos, Alcinos e Compostos Aromáticos Representativos
3 – Ligações Covalentes Polares
4 – Moléculas Polares e Apolares
5 – Grupos Funcionais
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1 – Ligações covalentes C-C 
A capacidade do C de formar ligações covalentes fortes com outros át. de C é a propriedade que, mais do que qualquer outra, justifica a existência de um campo de estudo chamado química orgânica. 
É também esta propriedade que justifica em parte o fato de o C ser o elemento ao redor do qual a maioria das moléculas de organismos vivos são construídas. 
A habilidade do C em formar 4 ligações fortes com outros át. de C, bem como com H, O, S e N, fornece a versatilidade necessária à estrutura, que torna possível a existência de um vasto no de moléculas ≠ presentes em organismos vivos complexos. 
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Estes compostos orgânicos podem ser organizados em famílias, com base em certos agrupamentos de átomos que suas moléculas podem possuir.
 
agrupamentos de átomos = grupos funcionais, 
=> a maioria das propriedades químicas e físicas de cada família.
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2 – Hidrocarbonetos: 
Compostos Representativos
Hidrocarbonetos (HC) são compostos cujas moléculas contêm apenas át. de C e H. 
Metano (CH4) e etano (C2H6) são HCs. 
Eles também pertencem a um subgrupo de HCs conhecido como alcanos, cujos membros não possuem ligações múltiplas entre os át. de C. 
HCs cujas moléculas possuem:
 uma ligação dupla C=C são chamados alcenos;
uma ligação tripla C≡C => alcinos. 
um anel especial => hidrocarbonetos aromáticos.
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Geralmente, compostos como os alcanos, cujas moléculas possuem apenas ligações simples, são chamados de compostos saturados
pois contêm o no máximo de át. de H que um composto de C pode possuir. 
Compostos com ligações múltiplas, tais como alcenos, alcinos e hidrocarbonetos aromáticos, são chamados de compostos insaturados
pois possuem menos que o no máximo de át. de H, => podendo ser hidrogenados em condições apropriadas.
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Alcanos
As principais fontes de alcanos são o gás natural e o petróleo. Os alcanos menores (metano até butano) são gases em condições ambientes. Os alcanos de maior peso molecular são obtidos principalmente através do refinamento do petróleo. 
Metano, o alcano mais simples, foi um dos principais componentes da atmosfera primitiva deste planeta e ainda é encontrado na atmosfera da Terra, porém não mais em quantidades apreciáveis. 
Na Terra, metano é o principal componente do gás natural. 
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Como os componentes do gás natural são importantes na indústria, muitos esforços estão sendo feitos a fim de desenvolver processos de gaseificação de carvão como fontes alternativas.
Alguns organismos vivos produzem metano a partir de CO2 e H2. Estas criaturas muito primitivas, chamadas metanogênios, podem ser os organismos mais antigos da Terra e podem representar uma forma independente de desenvolvimento evolutivo. 
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Alcanos normais. 
Alcanos que não apresentam ramificação nas cadeias são chamados normais ou alcanos de cadeia linear. 
São todos compostos apolares, encontrados no gás natural ou no petróleo. 
Apresentam p.eb. ≠ (ver Tab.1) de maneira que podem ser separados por destilação fracionada que é da maior importância na refinação do petróleo. 
O aumento dos p. eb. com o no de át. de C depende do aumento das forças de Van der Waals no líquido.
A Tab.1 contém as fórmulas estruturais condensadas dos 10 primeiros alcanos normais.
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Alcanos ramificados. 
A molécula de um alcano de cadeia ramificada tem, como o nome indica, uma cadeia de át. de C que é ramificada. 
Se, p. ex. substituirmos um dos H ligados ao 2o C na molécula de pentano por um grupo metila, CH3–, obtém-se a molécula ramificada do alcano conhecida como 2-metilpentano.
De acordo com o sistema IUPAC, os alcanos ramificados são denominados identificando-se primeiramente a cadeia carbônica mais longa da molécula e usando-se então um no de localização para indicar a posição dos grupos ou cadeias laterais.
Os grupos hidrocarbônicos derivados dos alcanos são chamados grupos alquila. (ver Tab. 2)
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Isomeria “de esqueleto” ou de cadeia. 
Dois alcanos que possuem a mesma fórmula molecular, mas que diferem na ramificação de suas cadeias carbônicas, são denominadas isômeros de cadeia ou constitucionais. 
A isomeria de cadeia é possível quando a molécula possui 4 ou mais át. de C. Se tratam de compostos diferentes (≠ propriedades físicas: p.eb., p.f., densidade, reatividade, etc.)
Nos alcanos, o no dos isômeros possíveis para uma dada fórmula aumenta drasticamente com o aumento do no de át. de C. 
há somente 1 isômero com a fórmula CH4, C2H6 ou C3H8, 
2 com a fórmula C4H10, 
3 isômeros com a fórmula C5H12, 
5 com C6H14, 9 com C7H16 e 
18 com C8H18. 
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Os cicloalcanos 
Um hidrocarboneto saturado, cujas moléculas possuem esqueletos de cadeias carbônicas fechadas em anéis, é chamada de cicloalcano (Tab. 3) e tem fórmula geral CnH2n. 
Cada C de cicloalcano liga-se aprox. tetraedricamente a 2 outros C e a 2 H. 
Note que, assim como ocorre com os alcanos, os nomes indicam o no de át. de C de cada molécula, adicionando-se apenas o prefixo ciclo, que indica uma estrutura cíclica.
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Propriedades dos alcanos 
Os alcanos e cicloalcanos são compostos não-polares usados como :
solventes para outras substâncias não-polares, 
matéria-prima na indústria para a síntese de outros compostos orgânicos, e 
combustíveis. 
São menos densos do que a água e apresentam p.f. e p.eb. que aumentam com o peso molecular
À Tamb, os alcanos não reagem com ácidos, bases, agentes oxidantes e redutores. Entretanto, os alcanos reagem com agentes oxidantes poderosos, como O2 (a altas T, na combustão), F2 e Cl2. 
Os cicloalcanos são igualmente não reativos, com exceção do ciclopropano e ciclobutano, que tendem a sofrer reações em que a cadeia carbônica é aberta. 
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Reações dos alcanos 
Os HCs são geralmente muito pouco reativos. Eles queimam em um excesso de ar ou em oxigênio produzindo água e dióxido de carbono:
CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(g)		DHo = -802 kJ/mol
Limitando-se a quantidade de oxigênio, forma-se monóxido de carbono e menos calor:
CH4(g) + 3/2O2(g)  CO(g) + 2H2O(g) 		 DHo = -519 kJ/mol
Utilizando-se ainda menos oxigênio, há formação de carbono, sob a forma de fuligen ou negro de fumo:
CH4(g) + O2(g)  C(s) + 2H2O(g)		DHo = -409 kJ/mol
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Alcenos
Eteno e propeno, os 2 alcenos mais simples, estão entre os mais importantes produtos químicos industriais produzidos nos USA. A cada ano as indústrias químicas produzem mais de 15 milhões de ton. de eteno e cerca de 7,5 milhões de ton. de propeno.
Eteno é usado como matéria-prima para a síntese de diversos compostos industriais, incluindo etanol, óxido de etileno e o polímero polietileno. 
Propeno é usado na preparação do polímero polipropileno e, além de outros usos, o propeno é matéria-prima para a síntese de acetona e cumeno.
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Eteno também ocorre na natureza como hormônio de plantas. É produzido naturalmente por frutas tais como tomates e bananas, estando ainda envolvido no processo de amadurecimento dessas frutas. 
Hoje em dia se faz uso de eteno no comércio de frutas para causar o amadurecimento de tomates e bananas colhidos ainda verdes, já que frutas verdes são menos suscetíveis a danos durante o transporte.
Existem muitos outros alcenos de ocorrência natural. 2 ex.:
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Alcinos
O alcino mais simples é o etino (também chamado acetileno). Alcinos ocorrem na natureza e podem ser sintetizados em laboratório. Friedrich Wöhler sintetizou etino em 1862 pela reação de carbeto de cálcio e água. O etino produzido desta maneira era queimado em lâmpadas de carbureto, como as utilizadas antigamente nos capacetes dos mineiros. Como queima em T elevadas, etino é usado emmaçaricos de solda.
Alcinos cujas moléculas possuem múltiplas ligações triplas existem na atmosfera dos planetas mais externos do nosso sistema solar. 
H.W. Kroto (Univ. Sussex, Inglaterra) identificou compostos chamados cianopoliinos no espaço interestelar. 
Kroto recebeu o prêmio Nobel de Química em 1996 pela descoberta de buckminsterfulerenos.
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2 ex. de alcinos dentre os milhares que possuem uma origem biossintética são capilino, um agente antifúngico, e dactilino, um produto natural marinho que é inibidor do metabolismo do pentobarbital. 
Etinil estradiol é um alcino sintético, cujas propriedades semelhantes ao estrogênio encontraram uso em contraceptivos orais.
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Benzeno: um HC Aromático Representativo
O composto conhecido como benzeno é o protótipo de um composto aromático. 
Benzeno pode ser escrito como um anel de 6 membros com ligações duplas e simples alternadas, chamada de estrutura de Kekulé.
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Embora a estrutura de Kekulé seja freqüentemente usada para os compostos do benzeno, existem muitas evidências de que tal representação é inadequada e incorreta. 
p.ex., se o benzeno tivesse ligações simples e duplas alternadas, nós esperaríamos que o comprimento das ligações C-C do anel fossem alternadamente mais longas e mais curtas, como se verifica em ligações simples e duplas típicas. 
De fato, as ligações C-C do benzeno são todas do mesmo tamanho (1,39 Å), um valor intermediário ao de uma ligação simples C-C e uma ligação dupla C=C. 
Existem 2 modos de tratar este problema: com a teoria de ressonância ou com a teoria do orbital molecular.
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Usando a teoria de ressonância, o benzeno pode ser representado por uma das 2 estruturas equivalentes de Kekulé:
Com base nos princípios da teoria de ressonância, no entanto, o benzeno não pode ser adequadamente representado por uma ou outra estrutura, mas que, em vez disso, seria visto como um híbrido de ressonância das 2 estruturas. 
De acordo com a teoria de ressonância, as ligações não são simples e duplas alternadas, e sim um híbrido de ressonância das 2: qualquer ligação que apresenta-se simples no 1o contribuinte é dupla no 2o, e vice-versa. 
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Na teoria do orbital molecular, nós devemos reconhecer inicialmente que os át. de C no anel do benzeno possuem hibridização sp2. Assim, cada át. de C possui um orbital p com um lobo acima do plano do anel e um lobo abaixo do plano do anel.
Cada lobo de cada orbital p, acima e abaixo do anel, sobrepõe-se com o lobo do orbital p do át. vizinho de cada lado. Este tipo de sobreposição forma um grupo de orbitais moleculares ligantes que circunda todos os át. de C do anel. Desta forma, os 6 e- associados a estes orbitais p (1 de cada) estão deslocalizados sobre todo os 6 át. de C do anel. 
Tal deslocalização de e- explica como todas as ligações C-C são equivalentes e possuem o mesmo comprimento.
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3 – Ligações Covalentes Polares
Até agora as moléculas possuem apenas ligações C-C e C-H, i.é, ligações com pouca ou nenhuma diferença de eletronegatividade (E.N.) entre os át. ligados. 
Nos grupos de át. chamados grupos funcionais, há átomos de E.N. diferentes. 
Primeiro, entretanto, é necessário considerar algumas das propriedades de ligações entre át. que possuem ≠ E.N.
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Quando 2 át. de E.N. ≠ formam uma ligação covalente, os e- não são divididos igualmente entre eles. 
O át. com maior E.N. puxa o par de e- para si, resultando em uma ligação covalente polar. 
eletronegatividade : a habilidade de um elemento em atrair e- que estão sendo compartilhados em uma ligação covalente. 
Um ex. de tal ligação covalente polar é a do HCl. O át. de Cl, com sua maior E.N., puxa os e- ligantes para si. Isso torna o át. de H de algum modo deficiente de e- e dá a ele uma carga positiva parcial (d+). O át. de Cl torna-se então rico em e- e carrega uma carga negativa parcial (d-).
Como o HCl possui uma extremidade parcialmente positiva e outra parcialmente negativa, é uma molécula com dipolo, e que possui um momento dipolo.
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O momento dipolo é uma propriedade física que pode ser medida experimentalmente. É definida como o produto da magnitude da carga em unidades eletrostáticas (ue) e a distância que as separa em centímetros (cm).
Momento dipolo = carga (em ue) x distância (em cm)
m = e x d
Os momentos dipolo estão tipicamente na ordem de 10-18 ue cm. Por conveniência, esta unidade é definida como um debye e é abreviada como D.
A direção da polaridade de uma ligação polar pode ser simbolizada pela quantidade vetorial . A extremidade cortada da seta é o pólo + e a cabeça da seta é o pólo -.
extremidade positiva  extremidade negativa
No HCl, p. ex. indicaríamos a direção do momento dipolo do seguinte modo:
H  Cl
Momentos dipolo são quantidades muito úteis na análise de propriedades físicas de compostos.
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4 – Moléculas Polares e Apolares
Qualquer molécula diatômica na qual os 2 át. são ≠ (e, portanto, possuem E.N. ≠) possuirá necessariamente um momento dipolo. 
A Tab. 1, entretanto, mostra que algumas moléculas com mais de 2 át. (p.ex., CCl4, CO2) possuem ligações polares mas não possuem momento dipolo. 
A forma geométrica das moléculas pode explicar como isto pode ocorrer.
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Momentos dipolo de algumas moléculas simples.
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Considere uma molécula de CCl4. 
Como a E.N. do Cl > E.N. do C, todas as ligações C-Cl são polares. Cada át. de Cl possui uma carga parcial negativa e o át. de C torna-se consideravelmente positivo. Como a molécula de CCl4 é tetraédrica, entretanto, o centro de carga positivo e o centro de carga negativo coincidem e a molécula apresenta um momento dipolo líquido nulo.
Este resultado pode ser ilustrado de modo um pouco diferente: se usarmos setas () para representar a direção da polaridade de cada ligação, e como os momentos de ligação são vetores de igual magnitude dispostos tetraedricamente, seus efeitos se cancelam. 
A soma vetorial é zero e, conseqüentemente, a molécula não apresenta momento dipolo líquido.
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A molécula de clorometano (CH3Cl) tem um momento dipolo líquido de 1,87 D. 
Como C e H possuem E.N. aproximadamente iguais, a contribuição de 3 ligações C–H para o dipolo total será desprezível. 
Entretanto, a diferença de E.N. entre C e Cl é grande e esta ligação altamente polar C–Cl contribui para a maior parte do momento dipolo do CH3Cl.
Problema: 
Trifluoreto de boro (BF3) não possui momento dipolo (m = 0). 
Explique como esta observação confirma a geometria desta molécula prevista pela teoria RPECV (VSEPR).
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Problema: 
Tetracloroeteno (Cl2C=CCl2) não apresenta momento dipolo. 
Explique esta fato com base no formato da molécula.
Problema: 
Dióxido de enxofre (SO2) possui momento dipolo (m = 1,63 D); por outro lado, dióxido de carbono (CO2) não possui momento dipolo (m = 0). 
O que estes fatos mostram sobre a geometria das duas moléculas?
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Problema: 
Triclorometano (CHCl3, também chamado de clorofórmio) possui um momento dipolo maior que o do CF3Cl. 
Use estruturas tridimensionais e momentos de ligação para explicar este fato.
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Momento Dipolo em Alcenos
Isômeros cis-trans de alcenos apresentam propriedades físicas diferentes. Eles possuem p.f. e p.eb. ≠, e freqüentemente há grandes diferenças na magnitude de seus momentos dipolo. A Tab. resume algumas das propriedades físicas de 2 pares de isômeros cis-trans.
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Problema: 
Indique a direção dos momentos de ligação importantes para cada um dos seguintes compostos (ignore as ligações C–H). Você deve também mostrar a direção do momento dipolo resultante para a molécula. Caso não existe, atribua m = 0.
(a) cis-CHF=CHF, (b) trans-CHF=CHF, (c) CH2=CF2, (d) CF2=CF2.
Problema: 
Escreva formulas estruturais para todos os alcenos (a) com a fórmulas C2H2Br2 e (b) com a fórmula C2Br2Cl2. Para cada caso determine os compostos que são isômeros cis-trans entre si. Faça uma previsão do momento dipolo de cada um.
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5 – Grupos Funcionais
Uma grandevantagem da teoria estrutural é nos permitir classificar a enorme variedade de compostos orgânicos dentro de um no relativamente pequeno de famílias, baseado em suas estruturas. 
As moléculas dos compostos de uma família particular são caracterizadas pela presença de certos arranjos de át. chamados de grupo funcional.
O grupo funcional de um alceno, p.ex., é a ligação dupla C=C. Muitas das reações químicas dos alcenos ocorrem na ligação dupla C=C.
O grupo funcional de um alcino é sua ligação tripla C≡C. 
Os alcanos não possuem um grupo funcional. Suas moléculas apresentam ligações simples C-C e C-H, mas estas ligações estão presentes em todos os compostos orgânicos. 
Além disso, ligações C–C e C–H são, em geral, muito menos reativas do que os grupos funcionais comuns.
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Grupos Alquila e o Símbolo R
Grupo alquila são identificados por razões de nomenclatura de compostos. São grupos que seriam obtidos pela remoção de 1 át. de H de um alcano. 
Enquanto apenas um grupo alquila pode resultar do metano e do etano (os grupos metila e etila, respectivamente), 2 grupos podem ser derivados do propano. 
Remoção de 1 H de 1 dos át. de C do final da cadeia fornece um grupo que é chamado propila; 
remoção de 1 H do át. de C central da cadeia gera um grupo que é chamado isopropila.
R é usado como um símbolo geral par representar qualquer grupo alquila. 
Assim, a fórmula geral de um alcano é R–H.
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Grupos Fenila e Benzila
Quando o anel do benzeno está ligado a algum outro grupo de át. em uma molécula, ele é chamado grupo fenila.
A combinação de um grupo fenila e um grupo –CH2– é chamada de grupo benzila.
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6 – Haletos de Alquila ou Haloalcanos
7 – Álcoois
8 – Éteres
9 – Aminas
10 – Aldeídos e Cetonas
11 – Ácidos carboxílicos, Amidas e Ésteres
12 – Nitrilas
13 – Sumário das Famílias Importantes de Compostos Orgânicos
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Haletos de Alquila ou Haloalcanos
Haletos de alquila são compostos nos quais um át. de halogênio (flúor, cloro, bromo ou iodo) substitui um át. de H de um alcano. 
p. ex., CH3Cl e CH3CH2Br são haletos de alquila. Os haletos de alquila são também chamados haloalcanos.
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Haletos de alquila são classificados como primário (1º), secundário (2º) ou terciário (3º). Esta classificação refere-se ao át. de C ao qual o halogênio está diretamente ligado. 
Se o át. de C que sustenta o halogênio está ligado a apenas um outro át. de C, ele será classificado com át. de C 1o e o haleto de alquila será classificado como haleto de alquila primário. 
Se o át. de C que sustenta o halogênio estiver ligado a 2 outros át. de C, então será um C 2o e o haleto de alquila será secundário. 
Finalmente, se o C que sustenta o halogênio estiver ligado a 3 outros át. de C, será um C 3o e o haleto correspondente será um haleto de alquila terciário. 
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Problema: 
Escreva fórmulas estruturais (a) para os 2 isômeros constitucionais dos brometos de alquila primários com a fórmula C4H9Br, (b) para um brometo de alquila secundário e (c) para um brometo de alquila terciário com a mesma fórmula.
Problema: 
Escreva fórmulas para (a) fluoreto de etila e (b) cloreto de isopropila. Quais seriam os nomes para (c) CH3CH2CH2Br, (d) CH3CHFCH3 e (e) C6H5I?
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Álcoois
Álcool metílico (metanol) tem a fórmula estrutural CH3OH e é o membro mais simples da família de compostos orgânicos conhecida como álcoois. 
O grupo funcional característico para esta família é o hidroxila (OH) ligada a um át. de C com hibridização sp3. 
Outro ex. de um álcool é o álcool etílico, CH3CH2OH (chamado etanol).
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Assim como os haletos de alquila, os álcoois são classificados em 3 grupos: primário (1º), secundário (2º) e terciário (3º). 
Esta classificação baseia-se no grau de substituição do carbono ao qual o grupo hidroxila está diretamente ligado. 
Se o át. de C possuir apenas um outro C ligado a ele, será chamado de C 1o e o álcool será um álcool primário. 
Se o át. de C que carrega o grupo hidroxila também tiver 2 outros át. de C ligados, este C será chamado C 2o, e o álcool será secundário.
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Se o át. de C com o grupo hidroxila tiver 3 outros át. de C ligados a ele, este C será chamado de C 3o, e o álcool será terciário.
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Problema: 
Escreva fórmulas estruturais para (a) 2 álcoois primários, (b) um álcool secundário e (c) um álcool terciário, todos com fórmula molecular C4H10O.
Problema: 
Um modo de nomear álcoois consiste em dar ao grupo alquila que está ligado ao –OH e adicionar a palavra álcool. 
Escreva as estruturas de (a) álcool propílico e (b) álcool isopropílico.
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Éteres
Éteres possuem a fórmula geral R–O–R ou R–O–R´, onde R´ pode ser um grupo alquila (ou fenila) ≠ de R. 
Éteres podem ser vistos como derivados da água em que ambos os át. de H foram substituídos por grupos alquila. O ângulo de ligação do át. de O de um éter é apenas levemente maior do que o da água.
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Problema: 
Um modo de nomear éteres consiste a dar o nome aos 2 grupos alquila que estão ligados ao átomo de oxigênio, em ordem alfabética, e adicionar a palavra éter. Se os 2 grupos alquila forem iguais usa-se o prefixo di-, p.ex., como no dimetil éter. 
Escreva fórmulas estruturais para: 
(a) éter dietílico, (b) éter etil propílico, e (c) éter etil isopropílico. 
Que nome você daria para:
(d) CH3OCH2CH2CH3, (e) para (CH3)2CHOCH(CH3)2 e (f) para CH3OC6H5?
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Aminas
Assim como os álcoois e os éteres podem ser considerados como derivados orgânicos da água, as aminas podem ser consideradas como derivados orgânicos da amônia.
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Aminas são classificadas como primarias, secundarias ou terciárias. Esta classificação baseia-se no no de grupos orgânicos que estão ligados ao át. de N.
 
RNH2, amina 1ª	RR´NH, amina 2ª	RR´R”N, amina 3ª 
Note que isto é muito ≠ do modo como álcoois e haletos de alquila são classificados. 
Isopropilamina, p.ex., é uma amina 1a embora seu grupo –NH2 esteja ligado a um át. de C 2o. 
Ela é uma amina 1a porque apenas um grupo orgânico está ligado ao át. de N.
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Problema: 
Um modo de nomear aminas consiste em dar o nome aos grupos alquila que estão ligados ao átomo de nitrogênio, em ordem alfabética, e usar os prefixos di- e tri- se os grupos forem iguais. Um exemplo é isopropilamina para (CH3)2CHNH2. 
Escreva fórmulas estruturais para 
(a) propilamina, (b) trimetilamina e (c) etilisopropilmetilamina. 
Quais são os nomes para 
(d) CH3CH2CH2NHCH(CH3)2, (e) (CH3CH2CH2)3N, (f) C6H5NHCH3, e (g) C6H5N(CH3)2?
Problema: 
Que aminas do problema 13 são (a) primárias, (b) secundárias e (c) terciárias?
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Aldeídos e Cetonas
Aldeídos e cetonas contêm o grupo carbonila, um grupo no qual um át. de C se liga ao O por uma ligação dupla C=O.
O grupo carbonila nos aldeídos está ligado a pelo menos 1 át. de H, e nas cetonas está ligados a 2 át. de C. 
Usando R, podemos designar para um aldeído a fórmula geral, RCHO e para uma cetona a fórmula geral, RCOR´.
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Alguns ex. de aldeídos e cetonas são:
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Aldeídos e cetonas apresentam arranjo plano triangular dos grupos ao redor do át. de C carbonílico, que possui hibridização sp2. 
No formaldeído, p.ex., os ângulos de ligação são:
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Ácidos carboxílicos, 
Amidas e Ésteres
Ácidos carboxílicos
Ácidos carboxílicos possuem a fórmula geral RCOOH. 
O grupo funcional –COOH é chamado grupo carboxila (carbonila + hidroxila).
Ácido fórmico (HCOOH), ácido acético (CH3COOH) e ácido benzóico (C6H5COOH) são ex. de ácidos carboxílicos.
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Amidas
Amidas possuem as fórmulas RCONH2, RCONHR´ ou RCONR´R”. 
Ex. específicos são dados a seguir:
N- e N,N- indicam que os substituintes estão ligados ao át. de nitrogênio.
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Ésteres
Ésteres possuem a fórmula geral RCOOR´.
Um éster específico chamado acetato de etila: CH3COOCH2CH3.
Ésteres podem ser preparados a partir de um ácido e um álcool através da remoção de uma molécula de água. 
p.ex.:
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Nitrilas 
Uma nitrila tem a fórmula R–C≡N (ou R–CN). 
O Ce o N de uma nitrila possuem hibridização sp. 
Pela nomenclatura sistemática da IUPAC, nitrilas acíclicas são nomeadas adicionando-se o sufixo nitrila ao nome do HC correspondente.
O át. de C de –C≡N é assinalado com no 1. 
O nome acetonitrila é um nome vulgar para CH3CN, 
e acrilonitrila é um nome vulgar para CH2=CHCN.
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Etanonitrila (acetonitrila): CH3–CN	
Butanonitrila: CH3CH2CH2–CN
Propenonitrila (acrilonitrila): CH2=CH–CN
4-pentenonitrila: CH2=CHCH2CH2–CN
Nitrilas cíclicas são nomeadas adicionando-se o sufixo carbonitrila ao nome do sistema de anel ao qual o grupo –CN está ligado.
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Sumário das Famílias Importantes de Compostos Orgânicos
Você deve aprender a reconhecer esses grupos funcionais quando eles aparecem em outras moléculas mais complicadas.
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14 – Propriedades Físicas e estrutura Molecular
A – Forças Íon-Íon
B – Forças Dipolo-Dipolo
C – Ligações Hidrogênio
D – Forças de van der Waals
E – Solubilidades
F – Regras sobre a Solubilidade em Água
15 – Sumário das Forças Elétricas Atrativas
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Propriedades Físicas e estrutura Molecular
Uma das características mais evidente dos compostos orgânicos é o seu estado físico ou fase física. Uma das 1as observações que se faz em qualquer trabalho experimental é se uma certa substância é um sólido, um líquido ou um gás. 
As T nas quais ocorrem transições entre fases, i.é, pontos de fusão (p.f.) e pontos de ebulição (p.eb.) também estão entre as propriedades físicas mais facilmente medidas. 
Os p.f. e os p.eb. são também úteis para a identificação e isolamento de compostos orgânicos.
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Conhecendo os p.eb. de um composto orgânico, dos subprodutos e solventes que podem estar presentes na mistura reacional, é fácil decidir se uma destilação simples será ou não o método mais apropriado para isolar o produto.
Em outra situação, o produto pode ser um sólido. Nesse caso, para isolar a substância por cristalização, é preciso saber seu p.f. e sua solubilidade em solventes ≠.
As constantes físicas de substâncias orgânicas conhecidas são facilmente encontradas em manuais e em outros livros de referência. A Tab.4 relaciona os p.f. e p.eb.de alguns compostos orgânicos.
  Dois manuais úteis são Handbook of Chemistry; Lange, N.A., Ed.: McGraw-Hill: New York e Handbook of Chemistry and Physics; CRC: Boca Raton, FL.
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dec = decomposição e subl = sublimação 
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Em muitos casos, porém, no decorrer de uma pesquisa, o produto de uma síntese é um composto novo, nunca citado antes. 
Nesses casos, o sucesso do isolamento do novo composto depende de estimativas razoavelmente precisas sobre seu p.f., seu p.eb. e sua solubilidade. 
As estimativas dessas propriedades físicas macroscópicas baseiam-se na estrutura mais provável da substância e nas forças que atuam entre as moléculas e os íons. 
As T em que as mudanças de fase ocorrem são um indicativo do poder dessas forças intermoleculares.
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Forças Íon-Íon
O ponto de fusão de uma substância é a T na qual existe um equilíbrio entre um estado cristalino bem organizado e um estado líquido mais randômico. Se a substância é um composto iônico (CH3CO2-Na+) , as forças que mantêm os íons unidos no estado cristalino são forças eletrostáticas intensas da rede, que atuam entre os íons positivos e negativos na estrutura cristalina ordenada. 
Uma grande quantidade de energia térmica é necessária para quebrar a estrutura organizada do cristal e levá-la para a estrutura aberta e desordenada de um líquido. Conseqüentemente, a T na qual o acetato de sódio funde é bastante alta, 324ºC. 
Os pontos de ebulição de compostos iônicos são ainda mais altos, tanto que a maioria dos compostos orgânicos iônicos se decompõe antes de ferver. O acetato de sódio apresenta este comportamento.
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Forças Dipolo-Dipolo
A maioria das moléculas orgânicas não é plenamente iônica, mas possui um momento dipolo permanente que resulta da distribuição não-uniforme dos e- de ligação.
 
Acetona e acetaldeído são ex. de moléculas com dipolos permanentes pois o grupo carbonila que contêm é altamente polarizado. Nesses compostos, as forças atrativas entre as moléculas são muito mais fáceis de visualizar. Nos estados líq. ou sólido, as atrações dipolo-dipolo forçam as moléculas a se orientarem de modo que a extremidade positiva de uma molécula se direcione para a extremidade negativa da outra.
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Ligações Hidrogênio
Atrações dipolo-dipolo muito fortes ocorrem entre át. de H ligados a át. pequenos e fortemente eletronegativos (O, N e F) e pares de e- não-ligantes de outros desses át. 
Esse tipo de força intermolecular é chamado ligação hidrogênio. A ligação hidrogênio (4-38 kJ/mol) é mais fraca que uma ligação covalente comum, porém muito mais forte que as interações dipolo-dipolo que ocorrem na acetona.
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A ligação H é responsável pelo fato de o álcool etílico ter um p.eb. muito mais elevado (+78,5ºC) que o do éter dimetílico (-24,9ºC), apesar de ambos possuírem o mesmo peso molecular. 
As moléculas do éter dimetílico, por não terem át. de H ligado a um át. fortemente eletronegativo, não podem formar ligações H umas com as outras. No éter dimetílico as forças intermoleculares são interações dipolo-dipolo mais fracas.
Problema
Os compostos de cada par abaixo possuem os mesmos (ou similares) pesos moleculares. Qual composto em cada par você esperaria que tivesse o maior p.eb.? Explique suas respostas. (a) CH3CH2CH2CH2OH ou CH3CH2OCH2CH3, (b) (CH3)3N ou CH3CH2NHCH3, (c) CH3CH2CH2CH2OH ou HOCH2CH2CH2OH.
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Forças de van der Waals
Se considerarmos uma substância como o metano, cujas partículas são moléculas apolares, veremos que o p.f. e o p.eb. são muito baixos: -182,6ºC e -162ºC, respectivamente. 
Em vez de perguntar “Por que o metano funde e ferve a T tão baixas?”, a pergunta mais apropriada seria “Por que o metano, uma substância não-iônica e apolar, pode tornar-se um líquido ou um sólido?” 
A resposta para esta questão pode ser dada em termos de forças intermoleculares atrativas chamadas forças de van der Waals (ou forças de London ou forças de dispersão).
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A explicação exata da natureza das forças de van der Waals exige o uso da mecânica quântica. A qualquer instante, já que os e- estão em movimento, os e- e, portanto, a carga podem não estar uniformemente distribuídos. Num dado momento, os e- podem estar ligeiramente aglomerados em uma parte da molécula, promovendo a formação de um pequeno dipolo temporário.
 
Esse dipolo temporário em uma molécula pode induzir dipolos opostos (atrativos) em outras moléculas vizinhas. Tais dipolos temporários alteram-se constantemente, mas o resultado final de sua existência é produzir forças atrativas entre moléculas apolares e assim tornar possível a existência nos estados líquido e sólido.
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O p.eb. de um líquido é a T na qual sua pressão de vapor se iguala à P da atmosfera sobre ele. Por esta razão, os p.eb. de líquidos são dependentes da pressão, sendo sempre registrados numa certa P, p.ex., 1 atm (ou 760 torr). 
Uma substância que ferve a 150ºC na P de 1 atm ferverá a uma T mais baixa se a P for reduzida, p.ex., a 0,01 torr (P que se obtém facilmente com uma bomba de vácuo). O p.eb. normal de um líquido corresponde a seu p.eb. a 1 atm.
Ao passarem do estado líquido para o estado gasoso, as moléculas individuais (ou íons) da substância devem separar-se consideravelmente. Por causa disso, os compostos orgânicos que são iônicos freqüentemente decompõem-se antes de entrar em ebulição. A energia térmica necessária para separar completamente (volatilizar) os íons é tão grande que reações químicas (decomposições) ocorrem 1o.
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Compostos apolares, cujas forças intermoleculares são muito fracas, normalmente fervem em T baixas, mesmo sob P de 1 atm. 
Nem sempre, isso acontece, em virtude de outros fatores que não mencionamos ainda: os efeitos do peso molecular e do tamanho das moléculas. As moléculas mais pesadas precisam de maior quantidadede energia térmica para adquirir velocidade suficiente para escapar da superfície do líquido. Além disso, como as áreas superficiais dessas moléculas são muito grandes, as atrações intermoleculares de van der Waals também são muito grandes. 
Esses fatores explicam por que o etano apolar (pe -88,2ºC) ferve em T maior do que o metano (pe -162ºC) na P de 1 atm. Também explica por que mesma as moléculas maiores e mais pesadas do decano (C10H22) fervem a +174ºC sob P de 1 atm.
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Solubilidades
As forças intermoleculares são de importância vital para explicar as solubilidades das substâncias. A dissolução de um sólido em um líquido é, em muitos aspectos, como a fusão do sólido. A estrutura cristalina organizada do sólido é destruída e o resultado é um arranjo mais desordenado das moléculas (ou íons) na solução. No processo de dissolução as moléculas ou íons precisam ainda ser separados uns dos outros e as 2 alterações exigem suprimento de energia. A energia necessária para compensar as energias de rede e as atrações intermoleculares, ou interiônicas, é proveniente da formação de novas forças atrativas entre o soluto e o solvente.
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Ex. a dissolução de uma substância iônica. Neste caso, tanto a energia da rede quanto as atrações interiônicas são grandes. Somente a água e outros poucos solventes muito polares são capazes de dissolver compostos iônicos. Estes solventes dissolvem os compostos iônicos por hidratação ou solvatação dos íons.
Em virtude de sua grande polaridade, de seu tamanho muito pequeno e do formato muito compacto, as moléculas de água podem rodear eficientemente os íons individuais assim que eles são libertados da superfície do cristal. Os íons positivos são cercados por moléculas de água com a extremidade negativa do dipolo apontada na direção do íon positivo; os íons negativos são solvatados de maneira exatamente oposta. Como a água é altamente polar e também é capaz de formar fortes ligações H, as forças atrativas dipolo-íon também são grandes. A energia libertada na formação destas ligações é grande o suficiente para superar a energia da rede e as atrações interiônicas do cristal.
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Uma regra prática para prever solubilidades é “semelhante dissolve semelhante”. Compostos iônicos e compostos polares tendem a dissolver-se nos solventes polares. 
Os sólidos apolares são, em geral, solúveis em solventes apolares. Por outro lado, sólidos apolares são insolúveis em solventes polares. Os líquidos apolares são, em geral, mutuamente miscíveis, mas os líquidos apolares e os polares “como a água e o óleo” não se misturam.
O metanol e a água são miscíveis em qualquer proporção, assim como as misturas de etanol e água e dos 2 álcoois propílicos a água. Nesses casos os grupos alquila dos álcoois são relativamente pequenos e, por isso, as moléculas se assemelham mais à água do que a um alcano. Outro fator para compreender a solubilidade desses álcoois é a capacidade de as moléculas formarem ligações H fortes entre si.
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Se a cadeia carbônica de um álcool for longa, entretanto, será muito menos solúvel na água. O álcool decílico (10 át. de C) é muito pouco solúvel em água. Este álcool se assemelha mais com um alcano do que com a água. Diz-se que a longa cadeia de C do álcool decílico é hidrofóbica. Apenas a pequena parte da molécula contendo o grupo OH é hidrofílica. 
(Por outro lado, o álcool decílico é muito solúvel em solventes pouco polares, como o clorofórmio.)
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Regras sobre a Solubilidade em Água
Os químicos orgânicos definem usualmente um composto como solúvel em água se pelo menos 3 g do composto se dissolvem em 100 mL de água. 
A solubilidade para compostos que possuem um grupo hidrofílico, e que podem formar ligações H fortes é: 
com 1 a 3 át. de C, são solúveis em água; 
com 6 ou mais át. de C, são insolúveis.
Essas regras não se aplicam quando um composto contém mais de um grupo hidrofílico. Os polissacarídeos, as proteínas e os ácidos nucléicos contêm milhares de át. de C e são todos solúveis em água. Eles dissolvem-se na água porque também possuem milhares de grupos hidrofílicos.
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Sumário das Forças Elétricas Atrativas
As forças atrativas entre moléculas e íons estão resumidas na Tab. a seguir.
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