Cap 2

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Química Orgânica 1
Capítulo 2
Compostos de Carbono Representativos: Grupos 
Funcionais e Forças Intermoleculares 
Ligações covalentes Carbono-Carbono
O carbono forma fortes ligações covalentes a outros carbonos e a outros
elementos tais como hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre
• Isto torna uma vasta variedade de compostos orgânicos possíveis
• Compostos Orgânicos são agrupados em famílias de grupos funcionais
• Um grupo funcional é um grupo específico de átomos (por ex. Ligações duplas carbono-
carbono são da família dos alcenos)
• Uma técnica instrumental chamada espectroscopia do infravermelho é usada para
determinar a presença de grupos funcionais específicos
Hidrocarbonetos: Alcanos, alcenos, alcinos e compostos aromáticos
Hidrocarbonetos contém apenas átomos de carbono e hidrogênio
Subgrupos de Hidrocarbonetos:
• Alcanos contém apenas ligações simples carbono-carbono
• Alcenos contém uma ou mais ligações carbono-carbono duplas
• Alcinos contém uma ou mais ligações carbono-carbono triplas
• Hidrocarbonetos aromáticos contém estruturas estáveis do tipo benzeno
• Hidrocarbonetos saturados: Contém apenas ligações simples carbono-carbono; p. ex.
Alcanos
• Hidrocarbonetos insaturados: contém ligações carbono-carbono duplas ou triplas, por ex.
Alcenos, alcinos, aromáticos:
1. Contém menos do que o número máximo de hidrogênios por carbono
2. Capaz de reagir com H2 para se tornar saturado
Hidrocarbonetos representativos
Alcanos
• Principais fontes de alcano são gás natural e petróleo
•Alcanos menores (C1 a C4) são gases à temperatura ambiente
O metano é:
• Um componente da atmosfera de muitos planetas
• Principal componente do gás natural
• Produzido por organismos primitivos chamados metanogênios, encontrados no lodo, no
esgoto e no estômago de vacas
Alcenos
• Eteno (etileno) é a principal matéria prima industrial
• Usado na produção de etanol, óxido de etileno e polímeros
Propeno
• Também chamado propileno, é também importante industrialmente
• Fórmula Molecular C3H6
•Usado para fazer polímeros de polipropileno e é o material de partida para síntese da
acetona
Alcenos de ocorrência natural
Alcinos
• Etino (acetileno) é o alcino mais simples e ocorre na natureza, podendo também ser
sintetizado em laboratório
Muitos alcinos são de interesse biológico
• Capilina é um agente anti-fúngico de ocorrência natural
• Dactilina é um produto natural marinho
• Etinil estradiol é utilizado como contraceptivo
Benzeno: Um hidrocarboneto representativo
• Benzeno é o composto aromático mais simples
• Estrutura de Kekulé (após August Kekulé ter formulado) é um anel de seis membros alternando
ligações duplas e simples
• Benzeno na verdade não tem ligações simples e duplas como a estrutura de Kekulé sugere
• Todas as ligações carbono-carbono são do mesmo comprimento (1,38Å)
• Isto é alguma coisa entre o comprimento de uma ligação carbono-carbono simples e uma ligação
carbono-carbono dupla
• A teoria da ressonância explica esse fato sugerindo que existem dois híbridos que
contribuem igualmente para a estrutura real
• A estrutura real é frequentemente desenhada como um hexágono com um círculo no meio
Benzeno: Um hidrocarboneto representativo
• Teoria de orbitais moleculares para o benzeno
Ligações covalentes polares
• Ligações covalentes polares ocorrem quando uma ligação covalente é formada entre
dois átomos de eletronegatividades diferentes
• O átomo mais eletronegativo atrai para sí a densidade eletrônica
• O átomo mais eletronegativo desenvolve uma carga parcial negativa ( -) e o átomo
menos eletronegativo desenvolve uma carga parcial positiva ( +)
• Uma ligação que é polarizada é denominada dipolo e tem um momento de dipolo
• A direção do dipolo pode ser indicada por uma seta de dipolo
• A cabeça da seta é a terminação negativa do dipolo e terminação em forma de cruz é o
polo positivo
Exemplo: a molécula de HCl
• O cloro mais eletronegativo atrai os elétrons para si e para longe do hidrogênio
• O cloro desenvolve uma carga parcial negativa
• O momento de dipolo de uma molécula pode ser medido experimentalmente
• Este é o produto da magnitude das cargas (em unidades eletrostáticas: esu) e a distância
entre as cargas (em cm)
• Cargas são tipicamente da ordem de 1 x 10-10 esu e distâncias da ordem de 1 x 10-8 cm d
forma que a unidade de medida é o Debye (D) que equivale a 1 x 10-18 esu x cm
Moléculas polares e apolares
• Em moléculas diatômicas existe um dipolo se dois átomos são diferentes em
eletronegatividades
• Em moléculas mais complicadas o dipolo molecular é a soma dos dipolos das ligações
• Algumas moléculas não terão dipolo molecular porque o dipolo de uma ligação cancela
a outra
• O centro das cargas positiva e negativa coincidem nessas moléculas
Exemplos
• No tetracloreto de carbono os dipolos das ligações se cancelam o dipolo
molacular total é 0 Debye
• No clorometano as ligações C-H tem apenas pequenos dipolos mas a ligação C-
Cl tem um dipolo mais forte e a molécula é polar
• Alguns isômeros cis-trans diferem no seu momento de dipolo
• No trans-1,2-dicloroeteno os dois dipolos cloro-carbono cancelam um ao outro e o
dipolo molecular é 0 Debye
• No isômero cis os dipolos carbono-cloro se somam e a molécula tem um dipolo
molecular forte
• Um par de elétrons não ligantes em átomos tais como oxigênio e nitrogênio contribuem
para o dipolo. Água e amônia tem dipolos fortes.
• Grupos funcionais
• Famílias de grupos funcionais são caracterizadas pela presença de um certo arranjo de
átomos chamado grupo funcional
• Um grupo funcional é o sítio de maior reatividade de uma molécula
• O grupo funcional é responsável por muitas das propriedades físicas de uma molécula
• Alcanos não tem grupo funcional
• Ligações carbono-carbono simples e ligações carbono-hidrogênio são geralmente muito
pouco reativas
• Exercício: Escreva fórmulas estruturais para todos os alcenos com a) fórmula C2H2Br2 e
b) fórmula C2Br2Cl2.Em cada caso, indique os compostos que são isômeros cis-trans um do
outro e preveja o momento de dipolo em cada caso.
• Grupos alquil e o grupo R
• Grupos alquil são obtidos através da remoção de um hidrogênio de um alcano
• Frequentemente mais do que um grupo alquil pode ser obtido a partir do alcano, por remoção de
diferentes tipos de hidrogênio
• R é o símbolo que representa um grupo alquil genérico
• A fórmula geral de um alcano pode ser abreviada por R-H.
• Um anel benzeno com um hidrogênio removido é chamado fenil e pode ser representado
de várias formas
• Tolueno (metilbenzeno) com o hidrogênio metílico removido é chamado um grupo
benzil
Haletos de Alquila
• Em haletos de alquila, halogênios (F, Cl, Br, I) substituem o hidrogênio de um
alcano
• Eles são classificados baseado no carbono no qual o halogênio está ligado
• Se o carbono é ligado a um outro carbono, o átomo de carbono é primário (1o)
e o haleto de alquila é também 1o
• Se o átomo de carbono é ligado a dois outros carbonos, o carbono é secundário
(2o) e o haleto de alquila é também 2o
• Se o carbono é ligado a três outros átomos, o carbonno é terciário (3o) e o haleto
é 3o
Álcoois
• Em álcoois o hidrogênio do alceno é substituído pelo grupo hidroxila (-OH)
• Um álcool pode ser visto tanto como uma hidroxila derivada de um alcano quanto como
um alquil derivado da água
• Álcoois são também classificados de acordo com o carbono no qual o grupo hidroxila é
diretamente ligado
Exercícios
1. Escreva a estrutura de um alcano com fórmula C5H12, que não possui
nenhum átomo de carbono secundário ou terciário (dica: o composto tem
um átomo de carbono quaternário)
2. Escreva as fórmulas estruturais para:
a) 2 brometosde alquila primários isoméricos constitucionais com fórmula
C4H9Br
b) Um brometo de alquila secundário e
c) Um brometo de alquila terciário com a mesma fórmula
3. Escreva as fórmulas estruturais para
a) 2 álcoois primários
b) 1 álcool secundário e
c) 1 álcool terciário – todos com fórmula molecular C4H10O
Éteres
• Éteres têm a fórmula geral R-O-R or R-O-R’ onde R’ é diferente de R
• Estes podem ser considerados derivados orgânicos da água no qual ambos o hidrogênios
são trocados por grupos orgânicos
• O ângulo de ligação no oxigênio é próximo
ao tetraédrico
Aminas
• Aminas são derivados orgânicos da amônia
• Elas são classificadas de acordo com quantos grupos alquil substituem o hidrogênio da
amônia
• Esta classificação é diferente daquela usada em álcoois
Exercícios
1. Uma maneira de dar nomes às aminas é nomear em ordem alfabética os
grupos alquila ligados ao átomo de nitrogênio, sem o sufixo a e usando os
prefixos di- e tri- se os grupos forem os mesmos. Um exemplo é a
isopropilamina, mostrada abaixo. Quais são os nomes para a, b, c e d.
a)
b)
c)
d)
2. Escreva as fórmulas para e) propilamina f) trimetilamina g) etilisopropilmetilamina
3. Quais das aminas acima são a) primárias, b) secundárias e c) terciárias ?
Isopropilamina
Aldeídos e cetonas
• Ambos contém o grupo carbonila
•Aldeídos têm o carbono ligado ao grupo carbonila
• Cetonas têm dois grupos orgânicos ligados ao grupo carbonila
• O grupo carbonila é sp2 hibridizado
• Ele é trigonal planar e tem ângulo de ligação de cerca de
120o
Ácidos carboxílicos, ésteres e amidas
• Todos estes grupos contém um grupo carbonila ligado a um oxigênio ou nitrogênio
• Ácidos Carboxílicos
• Contém o grupo carboxila (carbonila + hydroxila)
• Ésteres
• O grupo é ligado a um grupo ácido
• Amidas
• O grupo carbonila é ligado ao nitrogênio derivado da amônia ou uma amina
• Nitrilas
• O grupo alquil é ligado a um carbono triplamente ligado a um nitrogênio
• Este grupo funcional é chamado grupo ciano
Exercícios
1. Escreva as fórmulas estruturais para cada um dos seguintes
a) Três éteres com a fórmula C4H10O
b) Três álcoois primários com a fórmula C4H8O
c) Um álcool secundário com a fórmula C3H6O
d) Um álcool secundário com a fórmula C4H8O
e) Dois ésteres com fórmula C3H6O2.
f) Quatro haletos de alquila primários com a fórmula C5H11Br
g) Três haletos de alquila secundários com a fórmula C5H11Br
h) Um haleto de alquila terciário com a fórmula C5H11Br
i) Três áldeídos com a fórmula C5H10O
j) Três cetonas com a fórmula C5H10O
k) Duas aminas primárias com a fórmula C3H9N
l) Uma amina secundária com a fórmula C3H9N
m) Uma amina terciária com a fórmula C3H9N
n) Duas amidas com fórmula C2H5NO
Resumo das famílias importantes de Compostos Orgânicos
Resumo das famílias importantes de Compostos Orgânicos 
(continuação)
Propriedades Físicas e Estrutura Molecular
• A grandeza da força intermolecular (forças entre as moléculas) determina as
propriedades físicas (i.e. ponto de fusão, ponto de ebulição e solubilidade) de um composto
• Forças intermoleculares mais fortes resultam em pontos de fusão e ebulição mais altos
• Mais energia deve ser gasta para superar forças moleculares maiores entre as moléculas
• O tipo de força intermolecular importante para uma molécula é determinada pela sua
estrutura
• As propriedades físicas de alguns compostos representativos são mostrados a seguir
Forças Íon-Íon
• Forças Íon-Íon ocorrem entre íons carregados positiva e negativamente
• Estas são forças muito fortes que mantêm um composto sólido consistindo de íons em
uma estrutura cristalina
• Pontos de fusão são altos porque uma grande quantidade de energia é necessária para
romper a estrutura cristalina
• Pontos de fusão são tão altos que compostos iônicos normalmente decompõem antes de
entraem em ebulição
• Exemplo: Acetato de sódio
Forças Dipolo-Dipolo
• Forças dipolo-dipolo ocorrem entre moléculas com dipolos permanentes
• Existe uma interação entre as áreas + and - em cada molécula; são forças mais fracas
do que forças íon-íon
• Moléculas se alinham para maximizar a atração entre as partes + e - das moléculas
• Exemplo: acetona
Ligações de Hidrogênio
• Ligações de Hidrogênio resultam de forças dipolo-dipolo muito fortes
• Existe uma interação entre os hidrogênios ligados a átomos fortemente eletronegativos
(O, N ou F) e pares de elétrons não ligantes de outros átomos fortemente eletronegativos
(O, N ou F)
Exemplo:
• Etanol (CH3CH2OH) tem um ponto de ebulição de +78.5
oC; seu isômero metil éter
(CH3OCH3) tem um ponto de ebulição de -24.9
oC
• Moléculas de etanol são presas por ligações de hidrogênio enquanto moléculas de metil
éter são presas apenas por interações dipolo-dipolo
Exercício
• Os compostos em cada um dos ítens a seguir têm as mesmas (ou similares) massas
moleculares. Qual composto em cada ítem você esperaria ter o ponto de ebulição mais alto?
Justifique sua resposta
a) CH3CH2CH2CH2OH ou CH3CH2OCH2CH3
b) (CH3)3N ou CH3CH2NHCH3
c) CH3CH2CH2CH2OH ou HOCH2CH2CH2OH
Moléculas simétricas tendem a empacotar melhor e tem pontos de fusão maiores:
Forças de van der Waals (Forças de dispersão de London)
• Forças de Van der Waals resultam quando um dipolo temporário em uma molécula
causado por um deslocamento momentâneo de elétrons induz a um dipolo oposto e
temporário um uma molécula adjacente
• Estes dipolos opostos temporários causam uma fraca atração entre duas moléculas
• Moléculas que apresentam apenas forças de van der Waals geralmente têm baixos pontos
de fusão e ebulição
• Polarizabilidade prediz a magnitude das interações de van der Waals
• Polarizabilidade é a capacidade dos elétrons em um átomo a responder a uma perturbação no campo
elétrico
• Átomos com elétrons fracamente presos ao núcleo são mais polarizáveis
• Átomos de iodo são mais polarizáveis que átomos de flúor porque os elétrons mais externos são mais
fracamente presos
• Átomos com elétrons não compartilhados são mais polarizáveis (um halogênio é mais polarizável do que
um alquil de tamanho similar )
• Moléculas maiores e mais pesadas têm maiores pontos de ebulição
• Moléculas maiores precisam de mais energia para escapar da suérfície do líquido
• Moléculas maiores tendem a ter maiores áreas superficiais e assim têm maiores interações de van der
Waals
• Metano (CH4) têm um ponto de ebulição de -162
oC enquanto etano (C2H6) têm um ponto de ebulição de -
88.2oC
Solubilidades
• Água dissolve sólidos iônicos através da formação de interações fortes íon-dipolo
• Estas interações íon-dipolo são fortes o suficiente para vencer a energia de rede e as
interações iônicas do sólido
• Geralmente semelhante dissolve semelhante
• Solventes polares tendem a dissolver sólidos polares ou líquidos polares
• Metanol (molécula polar como a água) se dissolve em água em todas as proporções e
interagem usando ligações de hidrogênio com a água
• Um grupo alquil grande pode dominar a capacidade de um grupo polar de solubilizar
uma molécula em água
• Álcool decílico é apenas fracamente solúvel em água
• A porção alquílica maior é hidrofóbica (“aversão à água”) e domina a capacidade do
grupo hidrofílico hidroxila (“combina com a água”)
• Geralmente um grupo hidrofílico (p. ex. hidroxila) pode fazer um composto com 3
carbonos completamente solúvel em água
• Um grupo hidrofílico pode fazer um composto de 5 carbonos parcialmente solúvel em água
• Um composto é solúvel em água se ao menos 3g deste se dissolver em 100 mL de água
• Resumo das Forças Atrativas
• Exercícios de revisão
Qual composto em cada um dos seguintes pares teria o ponto de ebulição mais alto?Justifique sua resposta.