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① Ácidos e Bases Orgânicos; ② Hidrocarbonetos; ③ Reações Orgânicas; ........................................................................................................................................................................... ① Ácidos e Bases Orgânicos Os ácidos e as bases constituem duas classes muito importantes e compostos químicos, inclusive porque reagem facilmente entre si. Na química orgânica existem várias funções com caráter ácido mais ou menos acentuados; as principais são os ácidos carboxílicos, os fenóis e os alcoóis. As principais bases orgânicas são as aminas. a) Ácidos carboxílicos: São ácidos de Arrhenius, e ao se dissolverem em água ionizam-se, formando íons carboxilato. Os ácidos orgânicos são ácidos fracos, ou seja, apresentam pequeno grau de ionização. É interessante notar que o efeito indutivo pode facilitar ou dificultar a ionização do ácido, tornando-o mais forte ou mais fraco, respectivamente. Os grupos elétron-repelentes ligados à carboxila empurram elétrons, aumentando a densidade eletrônica do oxigênio da hidroxila. Isto favorece a manutenção da ligação elétron do hidrogênio (situação que ocorre na ionização). Assim a formação do H+ é dificultada e a força do átomo diminui. Os grupos elétron-atraentes retiram elétrons da carboxila, diminuindo a densidade eletrônica do oxigênio da hidroxila. Isso dificulta a manutenção da ligação O-H, tornando-a mais fraca, porque o oxigênio precisa retirar o elétron do hidrogênio. A força do ácido aumenta. Podemos ainda, analisar a natureza, a posição e a quantidade desses substituintes. O-H, tornando-a mais forte, porque o oxigênio não precisa retirar o elétron do hidrogênio. A força do ácido aumenta. Podemos ainda, analisar a natureza, a posição e a quantidade desses substituintes. Os grupos CH3 e CH2CH3 são elétron-repelentes. O ácido metanóico é mais forte que o etanóico; este é mais forte que o propanóico e assim por diante. Como qualquer efeito elétrico, o efeito indutivo diminui com o aumento da distância. O ácido 4-cloro-butanóico é o mais fraco da série. Quanto mais afastado do grupo substituinte, menor a influência sobre a acidez. Os efeitos são aditivos, quanto maior a quantidade de grupos substituintes, mais forte a influência sobre a acidez. b) Fenóis: Também são ácidos de Arrhenius. AULA 9 - 2 - Da mesma forma que nos ácidos carboxílicos, o efeito indutivo pode aumentar ou diminuir a força ácida. Obs.: Efeito indutivo negativo (I-) ⇒ atração de elétrons em uma ligação sigma. Diminui a densidade eletrônica da cadeia.Os principais átomos e grupos que promovem esse efeito nas moléculas orgânicas são , em ordem decrescente de intensidade: -F > -Cl > -Br > -I > -OR > -NH2 Os principais grupos que promovem efeito indutivo positivo são os grupos alquilas. Obs: ● A intensidade do efeito indutivo diminui ao longo da cadeia, à medida que aumenta a distância do átomo do átomo que o provoca. c) Alcoóis: São compostos anfóteros. Quanto maior a polarização da ligação C- OH na direção de OH, maior a capacidade de formar OH-. Quanto maior a quantidade de radicais ligados ao carbono do grupo funcional, maior a sua densidade eletrônica, maior a polarização da ligação C-OH sobre a hidroxila. Como o grupo alquila apresenta efeito indutivo positivo, que diminui a acidez, podemos dizer que: Ál.3º<Ál.2º<Ál.1º<Metanol d) Aminas: São bases de Lewis, pois apresentam um par de elétrons não compartilhado no átomo de Nitrogênio. As condições que enriquecem o nitrogênio em elétrons provocam um aumento de basicidade. Como os grupos alquila têm exatamente esse efeito, notamos que as aminas primárias são bases mais fortes que a amônia. As aminas secundárias apresentam dois grupos R doadores de elétrons e, por isso, são bases mais fortes que as aminas primárias. As aminas terciárias possuem três grupos R, o que poderia nos levar a concluir serem estas as mais básicas. Isto porém não ocorre. A existência de três grupos alquila R, muito maiores que o hidrogênio, em volta do nitrogênio, deixa “pouco espaço” livre para aproximação de um ácido de Lewis e formação de ligação dativa característica. Este fenômeno é conhecido pelo nome de impedimento espacial ou impedimento estérico. Assim, para aminas alifáticas temos: Am.3ª<Amônia<Am.1ª<Am.2ª As aminas aromáticas são bases fraquíssimas (ainda mais fracas que as aminas alifáticas terciárias). Como sabemos, o par de elétrons não compartilhado do nitrogênio é o responsável pela basicidade. ③ REAÇÕES ORGÂNICAS Cisão ou ruptura das ligações: Uma ligação covalente sempre é formada por um par de elétrons. Se essa ligação for desfeita, esses elétrons podem apresentar destinos diferentes, dependendo dos elementos que se ligam e de agentes como calor, luz, solventes, etc. Cisão homolítica ou homólise: A ruptura ocorre de modo que os elétrons da ligação são igualmente repartidos entre os átomos ligantes. - 3 - Os resultantes de uma homólise denominam-se radicais livres. Esses radicais têm carga elétrica nula e, por apresentarem elétron desemparelhado, são muito instáveis e reativos. Cisão heterolítica ou heterólise: A ruptura ocorre de modo que os elétrons da ligação ficam com apenas um dos átomos ligantes. Os resultantes de uma heterólise são cátions e ânions. Esses íons formados podem ser estáveis ou muito instáveis, sendo que maior instabilidade significa maior capacidade de reação. Classificação dos reagentes: Os reagentes que se combinam com os compostos orgânicos podem ser classificados como eletrofílicos ou nucleofílicos, conforme sua capacidade de utilizar ou fornecer elétrons para o reagente orgânico. Reagente Eletrófilo: É um reagente que se apresenta com deficiência de elétrons e que, por isso, procura ligar-se a um átomo capaz de oferecer-lhe elétrons. O reagente eletrófilo é um reagente que procura elétrons. O composto orgânico que recebe o reagente é normalmente denominado substrato (S). Quando um reagente eletrófilo combina-se com um substrato, temos uma reação eletrofílica. Reagente nucleófilo: É um reagente que apresenta um par de elétrons disponível para efetuar uma ligação e que, por isso, procura ligar-se a um átomo capaz de aceitar esses elétrons. O reagente nucleofílico é um reagente que cede elétrons. Existem na natureza milhões de substâncias orgânicas. A quantidade de reações químicas que podem ocorrer com estas substâncias é enorme. a) Reações de substituição: Um átomo ou grupo de átomos de uma molécula orgânica é substituído por outro átomo ou grupo de átomos. 1) Alcanos: Os alcanos possuem baixa tendência de reagir, mas sob condições vigororsas (luz e calor), eles sofrem reações de substituição. Halogenação: É a reação entre um alcano e um halogênio. Ordem de reatividade: F2 > Cl2 > Br2 > I2 Os halogênios utilizados nas reações de substituição devem ser o cloro (Cl) e o bromo (Br). Reações com flúor (F) são muito perigosas devido a alta reatividade deste elemento e com o iodo (I) as reçoes tornam-se muito lentas. Neste processo, um hidrogênio (H) é substituído por um halogênio. CH4 + Cl2 → CH3 – Cl + HCl CH3 – CH3 + Br2 →CH3 – CH2 – Br + HBr Nitração: Reação entre um alcano e o ácido nítrico (HNO3). Neste processo, um hidrogênio(H) é substituído por um grupo – NO2. CH4 +HO – NO2 → H3C – NO2 + HOH Sulfonação: É a reação entre um alcano e o ácido sulfúrico (H2SO4). CH4 + HO – SO3H → H3C – SO3H + HOH - 4 - Facilidade de substituição: Cterciário > Csecundário > Cprimário 2) Aromáticos: Halogenação: É catalisada por AlCl3 ou FeBr3. Nitração: É catalisada por H2SO4 concentrado. Sulfonação: É catalisada por H2SO4 fumegante, ou seja contem SO3 dissolvido. Acilação de Friedel-Crafts: Um hidrogênio é substituído por um grupo acila. Alquilação de Friedel-Crafts: Um hidrogênio é substituído por um grupo alquila. A alquilação e a acilação de Friadel- Crafts foram descobertas em 1877 pelo francês Charles Friedel e pelo americano James Crafts. E nos dois casos, o AlCl3 são usados como catalisadores. Dirigência da substituição nos aromáticos: Alguns grupos ligados ao anel aromático dirigem a substituição para que o produto formado seja uma mistura dos isômeros orto e para ou para a produção de um produto na posição meta. b) Reações de adição: Ocorrem quando um átomo proveniente de uma substância orgânica ou inorgânica se adiciona à uma substância orgânica. São caracterizadas pela quebra das ligações duplas e triplas. Hidrogenação catalítica: Ocorre em alcenos e alcinos. O gás hidrogênio (H2) é adicionado com a ajuda de um catalisador. Pode ser usado o metal níquel (Ni) ou platina (Pt). Também podemos chamar esta reação de reação de Sabatier-Senderens. Na indústria química de alimentos é muito conhecida. Serve de base para a produção de margarinas a partir de óleos vegetais. Os óleos vegetais possuem ligações duplas. A reação de adição, hidrogenação catalítica, transforma esses óleos, que são líquidos em gorduras, que é sólida. Alceno: H2C = CH2 + H – H → H3C – CH3 Alcino: Pode sofrer uma ou duas ligações, dependendo da quantidade de reagente. HC ≡ CH + H – H → H2C = CH2 (proporção de 1:1) H2C = CH2 + H – H → H3C – CH3 (proporção de 1:2) Halogenação: Adição de halogênio (Cl2 ou Br2) ao alceno, alcadieno ou alcino. Alceno: H2C = CH2 + Cl – Cl → H2C - CH2 │ │ Cl Cl Alcino: HC ≡ CH + Br – Br → HC = CH │ │ Br Br - 5 - Segue os mesmos moldes da hidrogenação catalítica. Alcadieno: H2C = C = CH2 + Cl – Cl → H2C - C = CH2 │ │ Cl Cl Cl Cl │ │ H2C = C = CH2 + 2 Cl – Cl → H2C - C - CH2 │ │ Cl Cl Adição de haletos de hidrogênio (HX): Adição de HCl, HBr ou HI. Os próprios íons H+ liberados pelo haleto de hidrogênio são usados como catalisadores. Alcenos: H2C = CH2 + H – Cl → H2C - CH2 │ │ H Cl Alcinos: HC ≡ CH + H – Cl → HC = CH │ │ H Cl Alcadienos: H2C = C = CH2 + H – Cl → H2C - C = CH2 │ │ H Cl Adição de água: Também chamada de hidratação. Esta reação é catalisada por ácido (H+). Alceno: H2C = CH2 + H – OH→ H2C - CH2 │ │ H OH Alcino: Não acontece a segunda adição, nem mesmo utilizando excesso de água. Devido o fato de ser o produto formado um enol, que por ser instável se transforma em aldeído ou cetona. HC ≡ CH + H – OH → HC = CH │ │ H OH Regra de Markovnikov: ”Nas reações de adição, o hidrogênio é adicionado ao carbono mais hidrogenado da ligação dupla.” Esta regra serve somente para o cloro. `Para o bromo, serve a regra Antimarkovnikov, que é o inverso da Markovnikov. Markovnikov: H3C – CH = CH2 + H – Cl → H3C – CH - CH2 │ │ Cl H Antimarkovnikov: H3C – CH = CH2 + H – Br → H3C – CH - CH2 │ │ H Br Esta regra também é válida para alcinos. c) Reações de eliminação: São as reações onde alguns átomos ou grupo de átomos são eliminados da molécula orgânica. É o inverso das reações de adição. Têm grande importância para a indústria - 6 - química, na produção de polietileno que é a matéria-prima para a obtenção de plásticos. Eliminação de Hidrogênio ou Desidrogenação A partir de alcano é possível obter um alceno, catalisado por calor. Exemplo: Eliminação de Halogênio ou De- Halogenação Di-haletos vicinais regindo com zinco catalisado por um álcool formam alcenos. Exemplo: Eliminação de Halogenidretos Halogenidretos, como HCl, HBr e HI podem ser eliminados a partir de um haleto de alquila, catalisado por uma base, que pode ser o KOH e um álcool. Eliminação de Água A desidratação intramolecular de álcool catalisada por ácido sulfúrico concentrado e calor (170°C) ocorre com a eliminação de água e alceno. Outra desidratação que pode ocorrer é a intermolecular de dois álcoois formando éter e eliminando água. A reação deve ser catalisada por ácido sulfúrico concentrado e calor (140°C). Então: 1 molécula álcool = desidratação intramolecular = alceno 2 moléculas álcool = desidratação intermolecular = éter A Reação de saponificação também é conhecida como hidrólise alcalina, através dela é que se torna possível o feitio do sabão. Falando quimicamente, seria a mistura de um éster (proveniente de um ácido graxo) e uma base (hidróxido de sódio) para se obter sabão (sal orgânico). A equação abaixo demonstra este processo: Éster + base forte → sabão + glicerol Praticamente todos os ésteres são retirados de óleos e gorduras, daí o porquê das donas de casa usarem o óleo comestível para o feitio do sabão caseiro. Equação genérica da hidrólise alcalina: - 7 - A equação acima representa a hidrólise alcalina de um óleo (glicerídeo). Dizemos que é uma hidrólise em razão da presença de água (H2O) e que é alcalina pela presença da base NaOH (soda cáustica). O símbolo Δ indica que houve aquecimento durante o processo. Produtos da reação de Saponificação: sabão e glicerol (álcool). Reação de esterificação A reação de esterificação é considerada uma reação reversível de álcool junto com um ácido orgânico ou inorgânico, produzindo éster e água. Já quando areação é inversa, ela é denominada hidrólise do éster. O equilíbrio pode ser deslocado para o lado do éster, quando se ajunta com o desidratante. Durante o experimento ficou comprovadoque na reação de esterificação o oxigênio do grupo OH do álcool continua na molécula do éster e o oxigênio do grupo OH do ácido é eliminado sob a forma de H2O (água), produzindo a reação de um álcool marcado: Com ácido, observa-se a forma do éster marcado, e não água, contendo assim O – 18. Para acelerar a reação, usa-se o ácido como catalisador. Há basicamente dois tipos de hidrólise de ésteres: ácida e básica. A hidrólise ácida ocorre em meio ácido e é um processo reversível, gerando um álcool e um ácido carboxílico: R-COO-R1 + HOH R-COOH + HO-R1 A hidrólise básica, ou saponificação, é realizada em meio básico. Trata-se de um processo irreversível, gerando álcool e um sal de ácido carboxílico: R-COO-R1 + BOH(aq) → R-COO-B + + HO - R1 Onde BOH é uma base, por exemplo, KOH d) Reações de oxidação: As reações de oxidação das substâncias orgânicas devem ser catalisadas por um agente oxidante. Exercícios 1) Das ligações abaixo, qual terá maior tendência a sofrer ruptura heterolítica? - 8 - a) CH3 – H. b) CH3 – CH3. c) CH3 – NO2. d) CH3 – NH2. e) CH3 – F. 2) Indique, entre os reagentes abaixo, o eletrofílico: a) NH3. b) HCN. c) H3O +. d) ROH. e) H2O. 3) Entre as afirmativas citadas abaixo a única falsa é: a) Radicais livres são átomos ou grupos de átomos que possuem pelo menos um elétron livre. b) Cisão homolítica (ou homólise) corresponde a uma quebra de ligação, em que cada átomo fica com seus elétrons, formando radicais livres. c) Um carbono carregado negativamente é chamado de carboânion ou íon carbânion. d) Na cisão heterolítica o átomo mais eletronegativo fica com o par de elétrons antes compartilhado, formando-se assim íons. e) Reagente eletrófilo é toda espécie química que, cedendo um par de elétrons, é capaz de formar uma nova ligação. 4) A monocloração de um alcano, em presença de luz ultravioleta, produziu os compostos 1-cloro-2-metil-propano e 2- cloro-2-metil-propano. O nome do alcano é: a) isopropano. b) metil-butano. c) metano. d) butano. e) metil-propano. 5) Das alternativas a seguir, a que contém somente grupos orientadores META é: a) NO2, Cl, Br. b) CH3, NO2, COOH. c) CHO, NH2, CH3. d) SO3H, NO2, COOH. e) CH3, Cl, NH2. 6) (UFSE) A mononitração do tolueno (metil-benzeno) produz, além de água: a) somente o-nitrotolueno. b) somente m-nitrotolueno. c) somente p-nitrotolueno. d) mistura de o-nitrotolueno e p- nitrotolueno. e) mistura de o-nitrotolueno e m- nitrotolueno. 7) O grupo amino (– NH2), ligado ao anel benzênico, nas reações de substituição aromática é orientador: a) apenas orto. b) meta e para. c) apenas meta. d) orto e meta. e) orto e para. 8) Os lipídeos podem ser classificados como óleos ou gorduras: nos óleos predominam cadeias insaturadas e nas gorduras predominam cadeias saturadas. Com base nessa afirmação, um óleo é transformado em gordura, respectivamente, através de um processo, no qual ocorre reação de: a) saponificação b) hidrólise ácida c) esterificação d) desidratação e) hidrogenação 9) Na hidrogenação catalítica do propeno, obtém-se: a) propino, cuja fórmula geral é CnH2n – 2. b) ciclopropano. c) propano. d) propadieno. e) 2-propanol. - 9 - 10) Com respeito à equação: X + HBr → C6H13Br Pode-se afirmar que X é um: a) alcano e a reação é de adição. b) alceno e a reação de substituição. c) alceno e a reação é de adição eletrofílica. d) alcano e a reação é de substituição eletrofílica. e) alceno e a reação é de substituição. 11) A adição do brometo de hidrogênio ao 3,4-dimetil-2-penteno forma o composto: a) 2-bromo-4-metil-hexano. b) 2-bromo-3-etil-pentano. c) 3-bromo-2,3-dimetil-pentano. d) 3-bromo-3-metil-hexano. e) 3-bromo-3,4-dimetil-pentano. 12) (Fuvest-SP) Dois hidrocarbonetos insaturados, que são isômeros, foram submetidos, separadamente, à hidrogenação catalítica. Cada um deles reagiu com H2 na proporção, em mols, de 1:1, obtendo-se, em cada caso, um hidrocarboneto de fórmula C4H10. Os hidrocarbonetos que foram hidrogenados poderiam ser: a) 1-butino e 1-buteno. b) 1,3-butadieno e ciclobutano. c) 2-buteno e 2-metil-propeno. d) 2-butino e 1-buteno. e) 2-buteno e 2-metil-propano. 13) Na desidratação intramolecular do etanol obtém-se: a) eteno. b) propeno. c) etoxietano (éter dietílico). d) metoximetano (éter dimetílico). e) 2-buteno. 14) (Covest-2002) Álcoois não são utilizados somente como combustíveis, mas também na produção de derivados do petróleo, como, por exemplo, alquenos. Qual dos álcoois abaixo produzirá propeno a partir da desidratação em meio ácido? a) 2-metil-2-propanol. b) etanol. c) 2-propanol. d) 2-butanol. e) 2-metil-1-propanol. 15) (Unitau-SP) Para que a oxidação de uma substância orgânica com “n” átomos de carbono por molécula forneça uma cetona com igual número de átomos de carbono, essa substância pode ser um: a) aldeído. b) ácido carboxílico. c) álcool terciário. d) álcool secundário. e) álcool primário. 16) A reação de ozonólise dos alcenos produzirá como produto moléculas de: a) diálcoois ou ácidos carboxílicos. b) álcoois ou fenóis. c) cetonas ou aldeídos. d) cetonas ou ácidos carboxílicos. e) álcoois ou ácidos carboxílicos. 17) O reativo de Baeyer é utilizado para diferenciar ciclanos de: a) alcano. b) alceno. c) ácido carboxílico. d) éter. e) éster. Gabarito: 1-e; 2- c; 3- e; 4- a; 5- d; 6- d; 7- c; 8- e; 9- c; 10- c; 11- e; 12- c; 13- a; 14- c; 15- d; 16- c; 17-b
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