Aula 4 - HIDROCARBONETOS.pptx

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FAMÍLIAS DE HIDROCARBONETOS
. Alcanos (parafinas)
Alcanos: são hidrocarbonetos de cadeia aberta que apresentam o átomo de carbono saturado e com a hibridização sp3 , têm a fórmula geral CnH2n+2 onde C é carbo, H- hidrogénio e n- número de átomos de carbono
 
 
Nos alcanos os átomos de carbono ligam-se entre si formando cadeias que podem ser lineares ou ramifcadas dispostas em zic-zac devido ao ângulo tetraédrico do átomo de carbono.
-C-C-C-C-C-C-C- Cadeia linear
 
-C-C-C-C(C)-C-C- Cadeia ramificada
ALCANOS
Os alcanos são compostos orgânicos com ligações simples entre os átomos de carbono e possuem a cadeia aberta.
Em condições ambientais, os alcanos apresentam-se nos estados sólido, líquido ou gasoso, dependendo do número de átomos de carbono da cadeia.
Cont.
Os alcanos de cadeia normal constituídos por um a quatro átomos de carbono são gases.
Os alcanos de cinco a quinze átomos de carbono são líquidos.
Os alcanos de dezasseis átomos de carbono em diante são sólidos.
nas condições normais de temperatura e pressão.
Propriedades Fisicas
Os alcanos são compostos apolares, deste modo, são insolúveis em solventes polares como a água.
porém são solúveis em solventes apolares, como o benzeno, e em solventes fracamente
polarizados, como o álcool etílico.
EXEMPLOS DE ALCANOS
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 Alcano de cadeia linear
 CH3 CH3
Ch3-CH-CH-CH-CH3 Alcano de cadeia ramificada
 CH2
 CH3
NOMENCLATURA DOS ALCANOS
Os alcanos, hidrocarbonetos saturados de cadeia aberta, apresentam apenas ligações simples entre os átomos de carbono. Os quatro primeiros alcanos da série são: metano, etano, propano e butano.
sendo a fórmula geral dos alcanos é :
 CnH2n + 2.
Cont. 
Os nomes oficiais dos compostos orgânicos são formados por:
1) Prefixo - indica o número de átomos de carbono da cadeia principal;
2) Sufixo - indica o tipo da ligação principal na cadeia principal, assim como a função principal do composto orgânico.
Cont. 
Numero de carbonos Prefixo
 Met
2 Et 
3 prop
4 But 
5 Pent 
6 Hex
7 Hept 
8 Oct
9 Non
10 Dec
Cont. 
 Ex: a molécula do metano, tem apenas um átomo de carbono o prefixo é “met”. 
 O hidrocarboneto só tem ligações simples (alcano), então o sufixo é “ano”.
 Deste modo, obtém-se a designação “metano”
. O sufixo “ano” indica que se trata de um composto da família dos alcanos
Nomenclatura
CH4 C2H6
 C3H8 C4H10
Cont. 
REGRAS DE NOMENCLATURA DE ALCANOS
1. Identificar a cadeia de carbonos mais longa ou cadeia principal e dar-lhe o nome do hidrocarboneto linear que contém esse número de carbonos.
2. Identificar os grupos alquilo ligados à cadeia principal.
3. Numerar os carbonos da cadeia mais longa, tendo o cuidado de iniciar a numeração pela
extremidade da cadeia em que os grupos alquilo fiquem na posição de numeração mais baixa possível.
Regra de Nomenclatura de Alcanos
O nome do alcano forma-se do seguinte modo:
5. Indicar o nome dos substituintes por ordem alfabética, sendo cada um deles precedido do
número do átomo de carbono ao qual se encontra ligado, separado por um hífen;
6. Se existir mais do que um grupo alquilo idêntico, o seu nome é precedido do prefixo
numérico, di, tri, tetra, penta, etc.
7. Juntar ao anterior o nome do alcano principal.
Tipos de átomos de carbono nos alcanos
a) Carbono primário: encontra-se ligado com apenas um átomo de carbono vizinho.
 
b) Carbono secundário: encontra-se ligado à dois átomos de carbono vizinhos.
 c) Carbono terciário: encontra-se ligado à três átomos de carbono vizinhos.
d) Carbono quaternário: encontra-se ligado à quatro átomos de carbono vizinhos
 A reactividade dos átomos de carbono varia da seguinte
 forma: prim.<sec.<terc.
. Série homóloga dos alcanos 
Série homóloga: é uma série em que cada um difere-se do anterior por uma unidade constante e para o caso dos alcanos esta unidade é metileno (-CH2).
Suprimindo um átomo de hidrogénio a um alcano obtem-se um radical alquilo, cuja fórmula geral é :CnH2n+1
Série homóloga dos alcanos
Valorde
n
Fórmula
molecular
TfºC
TebºC
Nome
Composto
Fórmulado
Radical
Nome
Radical
1
CH4
-182
-162
Metano
-CH3
Metil
2
C2H6
-183
-89
Etano
-C2H5
Etil
3
C3H8
-187
-42
Propano
-C3H7
Propil
4
C4H10
-138
-0,5
Butano
-C4H9
Butil
5
C5H12
-130
+36
Pentano
-C5H11
Pentil
Isomeria dos alcanos
 Distinguem-se dois tipos de isomeria: de constituição e a estereoisomeria.
Os isómeros de constituição diferem entre si pela disposição de átomos ou grupos de átomos na molécula enquanto que os estereoisómeros diferem pela disposição dos átomos no espaço, mas têm a mesma constituição.
Deste modo os isómeros existentes diferem entre si principalmente nas suas propriedades físicas 
Propriedades físicas de alguns compostos isómeros
 
.
Com o aumento da cadeia carbónica cresce também o número de isómeros de cadeia ou ramificação mas, estes só podem existir a partir do butano para diante
Nomedocomposto
Isómero
n-pentano
Metilbutano
Dimetilpropano
PfºC
-130
-160
-17
PebºC
36
28
9,5
Cont.
A estereoisomeria é parte da estereoquímica , que estuda a estrutura dos compostos em três dimensões no espaço.
 Neste caso distinguem-se isómeros de configuração e de conformação.
Isómeros de configuração diz respeito à ocupação das posições cis e trans pelas moléculas dos alcenos e, não é típica para os alcanos
Cont.
Isómeros de conformação diz respeito ao movimento de rotação facilitado pela existência das ligações simples nos alcanos e pela energia interna desses compostos e podem ser em estrela e em eclipse.
A conformação em estrela revela-se mais estável devido á existência de baixas forças de repulsão entre os átomos de hidrogénio ligados aos átomos de carbono vizinhos
Isómeros de conformação
Metodo de obtencao e ocorrencia 
Os alcanos ocorrem, em grandes quantidades, no gas natural, no petroleo e no xisto betuminoso. 
Dentre as principais reaccoes de preparacao citamos:
Reaccao de sabatier – sanderene, ocorre: PT, e Catalizador: Ni, Pt ou Pd.
CH2=CH-CH2+H2 CH3-CH2-CH3
Reacção de Composto de Grignard com água 
(água ou outro reagente que possua H+ ionizavel)
CH3-MgBr + H2O CH4 + Mg(OH)Br
Brometo de metil – Magnesio 
Reacção de Composto de grignard com Haletos 
CH3-MgBr + CH3-CH2-Br CH3-CH2-CH3+MgBr2 
 bromento de etila 
Reacção de Wurtz
2CH3-CH2-Cl + 2Na CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaCl
 Cloreto de etila 
Sintese de Kolbe 
2CH3-COONa+2H2O CH3-CH3+2CO2+2NaOH+H2 
 Acetato de sodio 
Cont.
Nas reacções anteriores, preste sempre atencao a parte orgânica das moléculas.
Devemos também assinalar que a eliminação de um composto inorgânico (como MgBr2, NaCl, etc. nos exemplos anteriores) em geral facilita a reacção
Propriedades Químicas dos ALCANOS
1- Craque de alcanos
          Os alcanos, quando convenientemente aquecidos, sofrem ruptura homolítica na cadeia, simétrica ou não, resultando outros alcanos e alcenos de cadeias menores.
 Essa reação é muito usada para se obter gasolina (mistura de octanos) a partir de querosene e óleo diesel (alcanos com mais de 16 carbonos).
 O alcano passa através de uma câmara aquecida a cerca de 400 a 600o C, utilizando geralmente um catalisador formado
por óxidos metálicos.
 Essas reações também produzem certa quantidade de hidrogênio.
 
Cracking(ou craqueamento ou Pirólise)
Funções e suas Reações
ALCANOS
Os alcanos não são, de modo geral, afectados pela maioria das bases. Isto acontece devido à baixa polaridade das ligações carbono-hidrogénio.
 Além disso, as moléculas dos alcanos não possuem electrões não-compartilhados para oferecer campos para ataques pelos ácidos, levando à baixa reactividade em relação a vários reagentes.
Contudo, quando aquecidos, os alcanos também reagem, além do oxigénio, com o cloro, o bromo e o flúor.
Propriedades Químicas
PRINCIPAIS REAÇÕES:
Craque ou Pirólise
Halogenação
Nitração
Sulfonação
Halogenação dos alcanos superiores
Craque ou Pirólise
Os alcanos, quando convenientemente aquecidos, sofrem ruptura homolítica na cadeia, simétrica ou não, resultando outros alcanos e alcenos de cadeias menores.
 Essa reação é muito usada para se obter gasolina (mistura de octanos) a partir de querosene e óleo diesel (alcanos com mais de 16 carbonos).
 O alcano passa através de uma câmara aquecida (cerca de 400 a 600o C), utilizando geralmente um catalisador formado por óxidos metálicos.
 Essas reações também produzem certa quantidade de hidrogênio
Cont. 
Halogenação
 R -H + X2 R-X + HX
A halogenação de um alcano se dá por substituição de um átomo de hidrogênio por um halogênio, resultando em um haleto de alquila ( isso pode ocorrer em um ou mais átomos de hidrogênio ). 
Por exemplo, na cloração do metano e do etano os produtos são, respectivamente, cloro metano e cloro etano. Para alcanos com mais de dois carbonos existe mais de uma possibilidade para o halogênio se posicionar. 
Deste modo o produto da reação será uma mistura de isômeros de posição. Entretanto, as quantidades dos isômeros formados diferem-se na mistura. A reação ocorre via radicais livres
Cont. 
Deste modo o produto da reação será uma mistura de isômeros de posição. Entretanto, as quantidades dos isômeros formados diferem-se na mistura. A reação ocorre via radicais livres
Tomemos como exemplo a bromação do propano. As quantidades de 1- bromo propano e 2- bromo propano obtidas dependem das velocidades relativas a que os radicais n-propil e isopropil se formam. 
Cont. 
Se os radicais isopropil se formarem mais rapidamente será também o 2- bromo propano o que se formará mais rapidamente e o que constitui, portanto, a maior parte dos produtos da reação. Devemos então comparar as velocidades relativas em que os hidrogênios primários e secundários são subtraídos do propano.
Cont. 
Para se calcular a porcentagem de cada um dos produtos devemos usar a seguinte regra:
Cont. 
Velocidades relativas de subtração do hidrogênio:
H primário = 1,0 H secundário = 3,8 H terciário = 5,0
O propano tem seis hidrogênios primários e dois hidrogênios secundários, portanto:
para H primário:   6 x 1,0 = 6,0 para H secundário:   2 x 3,8 = 7,6 total:  6,0 + 7,6 = 13,6
Cont. 
13,6 corresponde a 100% das velocidades relativas. Logo, por regra de três simples, temos que 7,6 (H secundário) corresponde a aproximadamente 55,9% e que 6,0 (H primário) corresponde a 44,1%. Essas porcentagens são as quantidades relativas dos radicais n-propil e isopropil formados e, consequentemente, também dos produtos formados. Percebe-se então que o radical substituído no carbono secundário, isto é, o radical isopropil, forma-se mais rapidamente que o n-propil, o que leva a uma maior rapidez na formação do 2-bromo propano.
Cont. 
Essa regra funciona bem para a monoalogenação dos alcanos e os resultados são geralmente percentagens não muito discrepantes entre si, pois na maioria dos alcanos o número de hidrogênios menos reativos é maior, quer dizer, a menor reatividade está compensada por um fator de probabilidade de ataque mais alto e disto resulta que se obtenham quantidades apreciáveis de todos os isômeros.
Cont. 
Cloração do metano (substituição via radical livre):
R eação: CH4 + Cl2 Calor ou luz CH3Cl+ HCl
Mecanismo:
Etapa de iniciação da cadeia
A Primeira etapa envolve a clivagem de uma molécula de cloro, pelo calor ou pela luz, em dois átomos de cloro.
Cont. 
Etapa de propagação da cadeia
Na etapa 2, um átomo de cloro atrai um de hidrogênio da molécula de metano, produzindo uma molécula de cloreto de hidrogênio e um radical metila.
Na etapa 3, o radical metila, altamente reativo, reage com a molécula do cloro através da extração de um átomo de cloro. Isso resulta na formação de uma molécula de cloro metano e um átomo de cloro. 
Cont. 
Este último pode atacar uma outra molécula de metano e causar a repetição da etapa 2, depois da etapa 3... etapa 2, 3... centenas de vezes. Esse tipo de seqüência é chamado de efeito em cadeia.
A reação em cadeia pode ser encerrada por uma etapa conhecida como “finalização de cadeia”. Essas etapas occorrem com pouca freqüência, mas assim mesmo ocorrem o bastante para esgotar um ou ambos os intermediários reativos. As etapas de finalização s da cadeia plausíveis são as seguintes:
Formação do diclorometano:
Etapa 2A:
Etapa 3A:
3- Nitração
Os alcanos podem ser nitrados utilizando-se ácido nítrico concentrado em condições enérgicas (aprox. 400oC), produzindo nitro-compostos:
Sulfonação
Os alcanos podem ser sulfonados utilizando-se ácido sulfúrico concentrado a altas temperatura, produzindo ácidos sulfônicos:
Halogenação de alcanos superiores:
A halogenação de alcanos maiores segue o mesmo mecanismo da halogenação do metano. No entanto, quando se trata do Bromo, que é bem mais seletivo que o Cloro e o Flúor, a substituição será realizada preferencialmente no hidrogênio terciário.
Cont. 
Já com o Flúor, as concentrações dos produtos seriam praticamente iguais; 
a final o flúor é muito mais reactivo que o Cloro e o Bromo, fazendo com que seja muito pequena a diferença da velocidade na qual um hidrogénio primário, secundário ou terciário reage com o Flúor.